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XV Labor- und Feldversuche 17092013

XV Labor- und Feldversuche

1 Wassergehalt

Der Wassergehalt einer Bodenprobe laumlsst sich aus dem Verhaumlltnis des Massenverlusts

beim Trocknen mw (Masse des Porenwassers) zur verbleibenden Trockenmasse md

bestimmen

w

d

mw

m (Gl XV-1)

Der Wassergehalt wassergesaumlttigter Boumlden (Sr = 1) ist durch seine Porenzahl e bestimmt

w

s

w e

(Gl XV-2)

Zur Bestimmung des Wassergehalts wird die zu untersuchende Bodenprobe in einem

Waumlrmeschrank bei 105degC getrocknet Durch Waumlgung vor und nach dieser Trocknung

lassen sich die Massen mw und md bestimmen Neben der Ofentrocknung kommt auch die

Schnelltrocknung mit Infrarotstrahler Elektroplatte Gasbrenner oder Mikrowelle zum

Einsatz

Mit Hilfe der Trockenwaumlgung laumlsst sich der Wassergehalt bei Kenntnis der Differenz

zwischen der Korndichte ρs und der Dichte des Wassers ρw auch ohne Trocknung der

Probe bestimmen Bei diesem Versuch werden zunaumlchst die feuchte Probe (m) und ein bis

zum Rand mit Wasser gefuumllltes Tauchgefaumlszlig (m1) gewogen Anschlieszligend wird ein Teil des

Wassers aus dem Tauchgefaumlszlig geschuumlttet und die feuchte Probe eingefuumlllt Das Tauchgefaumlszlig

wird bis zum Rand mit Wasser aufgefuumlllt und erneut gewogen (m2) Die Masse der

trockenen Probe md kann anschlieszligend nach Gl XV-3 bestimmt werden

s 2 1d

s w

m mm g

(Gl XV-3)

Der Wassergehalt ergibt sich zu

d

d

m mw

m

(Gl XV-4)

Weitere Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts ohne Trocknung sind das Verfahren

mit Groszligpyknometer das Calciumcarbidverfahren und das Luftpyknometerverfahren

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2 Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquosche Grenzen)

Bei bindigen Boumlden bestimmt der Wassergehalt die Zustandsform (Konsistenz) des

Bodens die fuumlr dessen Tragfaumlhigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist Mit

abnehmendem Wassergehalt geht bindiger Boden von der fluumlssigen in die plastische dann

in die halbfeste und anschlieszligend in die feste Zustandsform uumlber Die plastische

Zustandsform unterteilt sich weiter in die Bereiche breiig weich und steif Die

Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquoschen Grenzen) sind nach DIN 18122 wie folgt definiert

Flieszliggrenze wL

Wassergehalt am Uumlbergang von der fluumlssigen zur plastische Zustandsform

Sie wird mit dem Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE bestimmt

Ausrollgrenze wp

Wassergehalt am Uumlbergang von der plastischen zur halbfesten Zustandsform

Die Ausrollgrenze wird im Ausrollversuch ermittelt

Schrumpfgrenze ws

Wassergehalt am Uumlbergang von der halbfesten zur festen Zustandsform Die

Berechnung erfolgt nach folgender Gleichung

ds w

d s

V 1w

m

(Gl XV-5)

mit Vd Volumen des trockenen Probekoumlrpers [cmsup3]

md Trockenmasse des Probekoumlrpers [g]

s Korndichte des Bodens [gcmsup3]

w Dichte des Wassers [gcmsup3]

Die Groumlszlige des plastischen Bereiches wird durch die Plastizitaumltszahl IP beschrieben

P L pI w w (Gl XV-6)

Abb XV-1 Konsistenzband

0 ws wP wL 1

fest fluumlssig halbfest steif weich breiig

plastischer Bereich

Ip=wL-wP

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Der Plastizitaumltsgrad eines bindigen Bodens wird nach DIN 18196 anhand seiner

Flieszliggrenze bestimmt

Lw 035 leicht plastisch

L035 w 05 mittelplastisch

Lw 05 ausgepraumlgt plastisch

Nach CASAGRANDE lassen sich bindige Boumlden durch grafisches Auftragen der

Plastizitaumltszahl IP uumlber der Flieszliggrenze wL in das Plastizitaumltsdiagramm klassifizieren siehe

Abb XV-2

Abb XV-2 Plastizitaumltsdiagramm nach CASAGRANDE

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Flieszliggrenze wL []

Pla

stiz

itaumlt

szah

l IP [

]

mittelplastische Tone TM

ausgepraumlgtplastische Tone TA

Tone mit organischenBeimengungen organogene Tone OT und ausgepraumlgt zusammendruumlckbare Schluffe UA

leicht plastische Tone TL

Sand-Ton-Gemische ST

Zwischenbereich

A - Linie IP = 073 (wL - 20)

35

4

7

Schluffe mit organi-

schen Beimen-gungen und organo-

gene Schluffe OUund mittelplasti-

sche Schluffe UMSand-Schluff-Gemische SUleicht plasti-

sche Schluffe UL

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Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt

P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)

Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt

PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)

Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in

Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)

Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur

ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich

P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)

fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil

1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch

Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden

Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den

aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen

Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w

her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC

L LC

L P P

w w w wI

w w I

(Gl XV-10)

Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1

PL C

P

w wI 1 I

I

(Gl XV-11)

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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI

breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05

weich von 05 bis 025 von 05 bis 075

steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)

1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze

Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich

Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so

erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA

PA

T d

II

m m (Gl XV-12)

mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]

md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]

Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons

(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf

Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden

zwischen

AI 075 inaktiver Ton

A075 I 125 normaler Ton

AI 125 aktiver Ton

Erdstoff Mineral wL

[] IA [-]

Schluff (Quarzmehl) - 0

Ton (Kaolinit) 70 04

Ton (Illit) 100 09

Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15

Ton (Na-Montmorillonit) 700 7

Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden

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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE

Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden

Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird

zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem

Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale

gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen

pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die

Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche

zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten

Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von

etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt

Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von

1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den

Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25

Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit

verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber

den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei

logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung

annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der

Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden

15 20 30 4025035

040

045

050

Schlagzahl N

Wasser-gehalt w

Flieszliggrenze wL

Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen

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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem

Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die

Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden

0121

L N

Nw w

25

(Gl XV-13)

mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]

(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)

wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen

zusammenflieszligt [-]

1

2

3

4

5

57

20deg

54

56

12

27

5

60

10

8

5

50

30

60

150

oslash 935

125

2

12345

Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale

Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE

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22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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2 Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquosche Grenzen)

Bei bindigen Boumlden bestimmt der Wassergehalt die Zustandsform (Konsistenz) des

Bodens die fuumlr dessen Tragfaumlhigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist Mit

abnehmendem Wassergehalt geht bindiger Boden von der fluumlssigen in die plastische dann

in die halbfeste und anschlieszligend in die feste Zustandsform uumlber Die plastische

Zustandsform unterteilt sich weiter in die Bereiche breiig weich und steif Die

Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquoschen Grenzen) sind nach DIN 18122 wie folgt definiert

Flieszliggrenze wL

Wassergehalt am Uumlbergang von der fluumlssigen zur plastische Zustandsform

Sie wird mit dem Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE bestimmt

Ausrollgrenze wp

Wassergehalt am Uumlbergang von der plastischen zur halbfesten Zustandsform

Die Ausrollgrenze wird im Ausrollversuch ermittelt

Schrumpfgrenze ws

Wassergehalt am Uumlbergang von der halbfesten zur festen Zustandsform Die

Berechnung erfolgt nach folgender Gleichung

ds w

d s

V 1w

m

(Gl XV-5)

mit Vd Volumen des trockenen Probekoumlrpers [cmsup3]

md Trockenmasse des Probekoumlrpers [g]

s Korndichte des Bodens [gcmsup3]

w Dichte des Wassers [gcmsup3]

Die Groumlszlige des plastischen Bereiches wird durch die Plastizitaumltszahl IP beschrieben

P L pI w w (Gl XV-6)

Abb XV-1 Konsistenzband

0 ws wP wL 1

fest fluumlssig halbfest steif weich breiig

plastischer Bereich

Ip=wL-wP

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Der Plastizitaumltsgrad eines bindigen Bodens wird nach DIN 18196 anhand seiner

Flieszliggrenze bestimmt

Lw 035 leicht plastisch

L035 w 05 mittelplastisch

Lw 05 ausgepraumlgt plastisch

Nach CASAGRANDE lassen sich bindige Boumlden durch grafisches Auftragen der

Plastizitaumltszahl IP uumlber der Flieszliggrenze wL in das Plastizitaumltsdiagramm klassifizieren siehe

Abb XV-2

Abb XV-2 Plastizitaumltsdiagramm nach CASAGRANDE

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Flieszliggrenze wL []

Pla

stiz

itaumlt

szah

l IP [

]

mittelplastische Tone TM

ausgepraumlgtplastische Tone TA

Tone mit organischenBeimengungen organogene Tone OT und ausgepraumlgt zusammendruumlckbare Schluffe UA

leicht plastische Tone TL

Sand-Ton-Gemische ST

Zwischenbereich

A - Linie IP = 073 (wL - 20)

35

4

7

Schluffe mit organi-

schen Beimen-gungen und organo-

gene Schluffe OUund mittelplasti-

sche Schluffe UMSand-Schluff-Gemische SUleicht plasti-

sche Schluffe UL

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Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt

P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)

Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt

PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)

Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in

Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)

Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur

ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich

P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)

fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil

1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch

Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden

Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den

aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen

Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w

her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC

L LC

L P P

w w w wI

w w I

(Gl XV-10)

Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1

PL C

P

w wI 1 I

I

(Gl XV-11)

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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI

breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05

weich von 05 bis 025 von 05 bis 075

steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)

1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze

Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich

Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so

erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA

PA

T d

II

m m (Gl XV-12)

mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]

md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]

Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons

(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf

Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden

zwischen

AI 075 inaktiver Ton

A075 I 125 normaler Ton

AI 125 aktiver Ton

Erdstoff Mineral wL

[] IA [-]

Schluff (Quarzmehl) - 0

Ton (Kaolinit) 70 04

Ton (Illit) 100 09

Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15

Ton (Na-Montmorillonit) 700 7

Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden

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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE

Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden

Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird

zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem

Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale

gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen

pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die

Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche

zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten

Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von

etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt

Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von

1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den

Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25

Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit

verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber

den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei

logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung

annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der

Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden

15 20 30 4025035

040

045

050

Schlagzahl N

Wasser-gehalt w

Flieszliggrenze wL

Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen

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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem

Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die

Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden

0121

L N

Nw w

25

(Gl XV-13)

mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]

(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)

wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen

zusammenflieszligt [-]

1

2

3

4

5

57

20deg

54

56

12

27

5

60

10

8

5

50

30

60

150

oslash 935

125

2

12345

Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale

Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE

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22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Plastizitaumltsgrad eines bindigen Bodens wird nach DIN 18196 anhand seiner

Flieszliggrenze bestimmt

Lw 035 leicht plastisch

L035 w 05 mittelplastisch

Lw 05 ausgepraumlgt plastisch

Nach CASAGRANDE lassen sich bindige Boumlden durch grafisches Auftragen der

Plastizitaumltszahl IP uumlber der Flieszliggrenze wL in das Plastizitaumltsdiagramm klassifizieren siehe

Abb XV-2

Abb XV-2 Plastizitaumltsdiagramm nach CASAGRANDE

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Flieszliggrenze wL []

Pla

stiz

itaumlt

szah

l IP [

]

mittelplastische Tone TM

ausgepraumlgtplastische Tone TA

Tone mit organischenBeimengungen organogene Tone OT und ausgepraumlgt zusammendruumlckbare Schluffe UA

leicht plastische Tone TL

Sand-Ton-Gemische ST

Zwischenbereich

A - Linie IP = 073 (wL - 20)

35

4

7

Schluffe mit organi-

schen Beimen-gungen und organo-

gene Schluffe OUund mittelplasti-

sche Schluffe UMSand-Schluff-Gemische SUleicht plasti-

sche Schluffe UL

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt

P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)

Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt

PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)

Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in

Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)

Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur

ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich

P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)

fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil

1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch

Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden

Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den

aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen

Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w

her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC

L LC

L P P

w w w wI

w w I

(Gl XV-10)

Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1

PL C

P

w wI 1 I

I

(Gl XV-11)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI

breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05

weich von 05 bis 025 von 05 bis 075

steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)

1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze

Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich

Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so

erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA

PA

T d

II

m m (Gl XV-12)

mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]

md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]

Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons

(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf

Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden

zwischen

AI 075 inaktiver Ton

A075 I 125 normaler Ton

AI 125 aktiver Ton

Erdstoff Mineral wL

[] IA [-]

Schluff (Quarzmehl) - 0

Ton (Kaolinit) 70 04

Ton (Illit) 100 09

Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15

Ton (Na-Montmorillonit) 700 7

Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE

Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden

Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird

zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem

Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale

gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen

pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die

Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche

zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten

Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von

etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt

Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von

1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den

Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25

Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit

verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber

den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei

logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung

annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der

Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden

15 20 30 4025035

040

045

050

Schlagzahl N

Wasser-gehalt w

Flieszliggrenze wL

Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem

Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die

Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden

0121

L N

Nw w

25

(Gl XV-13)

mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]

(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)

wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen

zusammenflieszligt [-]

1

2

3

4

5

57

20deg

54

56

12

27

5

60

10

8

5

50

30

60

150

oslash 935

125

2

12345

Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale

Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE

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22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt

P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)

Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt

PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)

Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in

Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)

Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur

ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich

P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)

fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil

1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch

Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden

Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den

aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen

Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w

her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC

L LC

L P P

w w w wI

w w I

(Gl XV-10)

Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1

PL C

P

w wI 1 I

I

(Gl XV-11)

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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI

breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05

weich von 05 bis 025 von 05 bis 075

steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)

1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze

Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich

Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so

erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA

PA

T d

II

m m (Gl XV-12)

mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]

md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]

Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons

(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf

Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden

zwischen

AI 075 inaktiver Ton

A075 I 125 normaler Ton

AI 125 aktiver Ton

Erdstoff Mineral wL

[] IA [-]

Schluff (Quarzmehl) - 0

Ton (Kaolinit) 70 04

Ton (Illit) 100 09

Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15

Ton (Na-Montmorillonit) 700 7

Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden

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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE

Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden

Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird

zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem

Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale

gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen

pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die

Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche

zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten

Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von

etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt

Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von

1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den

Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25

Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit

verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber

den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei

logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung

annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der

Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden

15 20 30 4025035

040

045

050

Schlagzahl N

Wasser-gehalt w

Flieszliggrenze wL

Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen

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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem

Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die

Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden

0121

L N

Nw w

25

(Gl XV-13)

mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]

(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)

wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen

zusammenflieszligt [-]

1

2

3

4

5

57

20deg

54

56

12

27

5

60

10

8

5

50

30

60

150

oslash 935

125

2

12345

Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale

Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE

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22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI

breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05

weich von 05 bis 025 von 05 bis 075

steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)

1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze

Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich

Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so

erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA

PA

T d

II

m m (Gl XV-12)

mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]

md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]

Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons

(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf

Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden

zwischen

AI 075 inaktiver Ton

A075 I 125 normaler Ton

AI 125 aktiver Ton

Erdstoff Mineral wL

[] IA [-]

Schluff (Quarzmehl) - 0

Ton (Kaolinit) 70 04

Ton (Illit) 100 09

Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15

Ton (Na-Montmorillonit) 700 7

Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden

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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE

Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden

Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird

zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem

Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale

gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen

pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die

Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche

zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten

Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von

etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt

Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von

1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den

Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25

Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit

verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber

den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei

logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung

annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der

Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden

15 20 30 4025035

040

045

050

Schlagzahl N

Wasser-gehalt w

Flieszliggrenze wL

Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen

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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem

Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die

Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden

0121

L N

Nw w

25

(Gl XV-13)

mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]

(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)

wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen

zusammenflieszligt [-]

1

2

3

4

5

57

20deg

54

56

12

27

5

60

10

8

5

50

30

60

150

oslash 935

125

2

12345

Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale

Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE

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22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE

Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden

Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird

zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem

Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale

gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen

pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die

Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche

zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten

Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von

etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt

Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von

1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den

Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25

Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit

verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber

den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei

logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung

annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der

Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden

15 20 30 4025035

040

045

050

Schlagzahl N

Wasser-gehalt w

Flieszliggrenze wL

Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen

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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem

Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die

Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden

0121

L N

Nw w

25

(Gl XV-13)

mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]

(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)

wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen

zusammenflieszligt [-]

1

2

3

4

5

57

20deg

54

56

12

27

5

60

10

8

5

50

30

60

150

oslash 935

125

2

12345

Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale

Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE

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22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-7

XV Labor- und Feldversuche 17092013

Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem

Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die

Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden

0121

L N

Nw w

25

(Gl XV-13)

mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]

(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)

wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen

zusammenflieszligt [-]

1

2

3

4

5

57

20deg

54

56

12

27

5

60

10

8

5

50

30

60

150

oslash 935

125

2

12345

Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale

Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE

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22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

22 Bestimmung der Ausrollgrenze

Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet

wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten

Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen

zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei

3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des

Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von

mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als

Ausrollgrenze bezeichnet

3 Korngroumlszligenverteilung

Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der

entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen

Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]

klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns

zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die

tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht

Koumlrnungslinie

Schlaumlmmkorn Siebkorn

FeinstesSchluffkorn

Fein-

Korndurchmesser d in mm

Linie Nr

Mittel- Grob- Fein-

Sandkorn

Mittel- Grob- Fein-

Kieskorn

Mittel- Grob-Steine

2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432

Bodenart

U = d d

Arbeitsweise

105

Ton

Sedimentation

Kies sandig

Siebung

60 10

00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100

Masse

na

nte

ilea

der

Koumlrn

er

ltd

in

de

rG

esam

tmenge

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Ton sandig kiesig

(Verwitterungslehm)

Siebung und

Sedimentation

Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen

werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch

dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber

0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch

Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123

31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung

Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn

angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)

Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die

Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der

Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften

Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt

Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben

und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die

Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14

ii

ii 1 o

mS 100 1

m

(Gl XV-14)

mit Si Siebdurchgang [Gew-]

mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]

mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]

Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht

mehr als 1 der Einwaage betragen

Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der

Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die

Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung

der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die

Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation

Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer

unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt

fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v

s w

1835d v mm

(Gl XV-15)

mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]

v Sinkgeschwindigkeit [cms]

Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr

natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt

145

5050

6030

5

1030

1000

0995

[gcmsup3]

Bleischrot

Abb XV-6 Araumlometer

Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder

eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert

sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit

Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten

Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen

Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7

berechnet werden

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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes

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33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

33 Kornkennzahl

Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet

sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer

kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN

4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214

Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie

34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc

Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich

d10 bis d60

60u

10

dC

d (Gl XV-16)

Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an

30c

10 60

(d )sup2C

d d

(Gl XV-17)

Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60

Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Benennung Kurzzeichen Cu Cc

eng gestuft E 6 beliebig

weit gestuft W 6 1 bis 3

intermittierend gestuft

I 6 lt1 oder gt3

Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc

Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)

Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)

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4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

4 Dichte des Bodens

Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum

Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V

fmg cmsup3

V (Gl XV-18)

Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei

oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB

Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird

durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die

eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit

denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der

Bodenart abhaumlngig

Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der

Bodenart nach DIN 18125

Bodenart Verfahren

gut geeignet ungeeignet

bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine

mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren

nichtbindiger Boden

Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren

keine

Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder- Verfahren

sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren

Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren

Steine und Bloumlcke

mit geringen Beimengen

Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren

Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

5 Korndichte

Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener

Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md

ds

k

mg cmsup3

V (Gl XV-19)

Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt

Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und

groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk

ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des

mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des

Pyknometers ergibt sich zu

wTpT

wT

mV cmsup3

(Gl XV-20)

mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der

Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die

getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das

Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer

Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird

anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet

2 p d wTm m m m (Gl XV-21)

mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]

mp Masse des Kapillarpyknometers [g]

md Trockenmasse der Koumlrner [g]

mwT Masse des Wassers [g]

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2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

2 p dwTwT

wT wT

m m mmV

(Gl XV-22)

mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]

mwT Masse des Wassers [g]

wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]

Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des

Wassersvolumens VwT

k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)

Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der

Probe und dem Kornvolumen

Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten

Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden

Abb XV-11 Pyknometer

6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung

Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird

der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum

Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht

durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen

etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die

Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte

min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material

aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung

verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit

Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb

XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange

wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist

1

2

3

4

5

6

1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder

5 Halterung6 Trichter

Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung

Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte

aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante

Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der

Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die

dichteste Lagerung max d

Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel

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7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

7 Proctorversuch

Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens

abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten

Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem

genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit

dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt

Aufsatzring

Versuchszylinder

Grundplatte

d1

a

h1

s1

Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte

Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt

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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14

Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15

Versuchsbedingungen

d1

[mm] h1

[mm] A

[mm] s1

[mm] Form d2

[mm] h2

1)

[mm] Fallgewicht m1)

[kg] Anzahl der

Schlaumlge je Schicht

Anzahl der Schichten

100 120 75 11 A 50 300 25 25 3

150 125 90 14 B 75 450 45 22 3

250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m

Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs

Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen

Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener

Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens

fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe

unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter

Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb

XV-16)

Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der

Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen

WassergehaltwPr

Trockendichte

[tmsup3]d

Wassergehalt w [-]

Pr

wPr

Abb XV-16 Proctorkurve

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung

(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe

abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem

Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr

sd

s

w r

g cmsup3w

1+S

(Gl XV-24)

Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der

waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist

ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten

Volumen der Probe

a sd

s

w

(1 n )g cmsup3

w1

(Gl XV-25)

a ds w

1 wn 1

(Gl XV-26)

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad

dPr

Pr

ρD g cmsup3

ρ (Gl XV-27)

ausgedruumlckt

Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den

Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter

Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte

modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene

Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-

energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung

der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber

100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR

etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte

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0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

0 005 010 015 020 025 030125

150

175

200

225

250

S = 10r

S = 09r

S = 08r

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien

010 015 020 025 030

150

125

175

200

225

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

Pr

mod Pr

mod wPR wPR

einfacher Proctor-Versuch

verbesserter Proctor-Versuch

Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart

8 Organische Beimengungen in Boumlden

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des

Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128

bestimmt

Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust

mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet

gl d glgl

d d

m m mV

m m

(Gl XV-28)

mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen

mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen

Benennung nach DIN 4022

Sand und Kies Humusgehalt

Massenanteil in

Ton und Schluff Humusgehalt

Massenanteil in

schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10

Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden

0 005 010 015 020 025 030150

160

170

180

190

200

210

220

weitgestufterschwach toniger Sand

magerer Ton

enggestufterSand

anorganischernicht plastischerSchluff

hochplastischerTon

Wassergehalt w [-]

Trockendichte d [tmsup3]

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9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

9 Kalkgehalt

91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch

Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf

die Trockenmasse md des Bodens

CaCa

d

mV

m (Gl XV-29)

Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von

Carbonat und Salzsaumlure

3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)

Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der

gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer

(Abb XV-20) bestimmt

4

3

2

1

5

6

7 89101112

13

14

15

16

1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne

VG

H O2 CO2

Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung

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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem

Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure

versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im

Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im

Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas

aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des

Messzylinders gemessen werden

Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung

Ca o am V M g (Gl XV-31)

mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]

(Normzustand)

a = 0001977 gcmsup3

M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]

M = 2274

Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]

abs ao

n

p VV cmsup3

p (273 T)

(Gl XV-32)

mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]

Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]

T Temperatur [degC]

Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]

11K

2684

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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch

Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1

durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke

der chemischen Reaktion unterscheidet man

kalkfrei es gibt kein Aufbrausen

kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen

stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-26

XV Labor- und Feldversuche 17092013

10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts

101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor

Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt

werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit

veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle

Wasserzulauf

Uumlberlauf

Uumlberlauf

Q

Zylinder = 20 cm

Filter

Bodenprobe

130 m

150 m

050 m

Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung

v Q lk m s

i A h

(Gl XV-33)

mit Q Durchfluss [kNmsup3]

l Flieszligweg [m]

h Potentialunterschied [m]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und

konstantem hydraulischem Gefaumllle

Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung

0 1

2

a l hk ln m s

A t h

(Gl XV-34)

mit l0 Flieszligweg [m]

a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]

A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]

t Messzeitspanne [s]

h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]

h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld

1021 Stationaumlrer Pumpversuch

Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange

eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen

und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand

(stationaumlrer Zustand) erreicht ist

Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln

Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt

2

12 2

2 1

rln

rQk m s

H H

(Gl XV-35)

Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die

dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen

(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine

zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen

Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben

0

o

1

2

os

H

r = Brunnenradius

r

r

ss

HH H

HQ = const

1 2 R

21

Pegel 1 2

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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der

Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt

2

1

2 1

rln

rQk m s

2 m H H

(Gl XV-36)

1022 Instationaumlrer Pumpversuch

Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die

Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht

werden muss

COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen

im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die

Anwendung dieses Verfahrens ist

die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen

die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des

Grundwasserleiters (sHR lt 025)

der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein

der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters

geschlitzten Pegeln gemessen

es gilt das Verhaumlltnis 2r S

0024 T t

Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu

2

23 Q 225 T ts lg m

4 T r S

(Gl XV-37)

mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]

S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]

t Zeit seit Versuchbeginn [s]

Q Entnahmewassermenge [msup3s]

T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]

HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]

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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von

der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte

wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst

000

020

040

060

080

100

120

140

160

180

200

220

001 01 1 10 100

Pegel 1

Pegel 2

Pegel 3

Ab

se

nk

un

gs

[m]

[smsup2]t

rsup2 0

__( ) t

rsup2__

s

logarithmischert

rsup2

__Zyklus von

Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB

Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen

223 QT m s

4 s

(Gl XV-38)

mit T Transmissivitaumlt [msup2s]

s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]

Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu

R

Tk m s

H (Gl XV-39)

Uumlber den Achsabschnitt 2

0

t

r

kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden

20

tS 2 25 T

r

(Gl XV-40)

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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11 Wasseraufnahmevermoumlgen

Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten

Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt

eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten

Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen

wgA

d

mw 100

m (Gl XV-41)

mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]

mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]

md Trockenmasse der Bodenprobe [g]

Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132

festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)

Na-Bentonit

Ca-Bentonit

KaolinQuarzmehl

Zeit t [min]

Wassera

ufn

ahm

e[

]w

A

Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der

Tonminerale

Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre

Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte

kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an

der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)

Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver

sind die Feinbestandteile des Bodens

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Bodenprobe

Filterscheibe

50 mm Messkapillare

Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF

Zeit t [min]

Wa

sse

rau

fna

hm

e[

]w

A

tmax

wA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20

40

60

80

100

120

140

Wasseraufnahmefaumlhigkeit

Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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12 Plattendruckversuch

Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer

die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den

Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks

ermittelt werden

Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird

durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante

zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert

Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der

Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der

Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im

Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur

Fundamentbemessung genutzt werden kann

Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige

Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die

mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen

Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt

Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt

Belastungswiderlager (Gegengewicht)

Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-

Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und

Hochdruckschlauch

Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der

Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche

Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule

Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den

Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein

beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

le030 m

5

43

271

hM hP

a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M

7 2 1 6

5

4

b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11

1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer

a AbstandM

6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche

le160 m

le150 m

ge 075 (110 130)a

sM

7

2

9

le160 m

le150 m

8

7

7s

8

7

Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung

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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-36

XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das

Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen

Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei

einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600

mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser

betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu

sichern

Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs

Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten

Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss

innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten

(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer

Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des

Erstbelastungszyklus

Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden

ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein

Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung

an die Messwerte zu bestimmen sind

20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)

mit s Setzung der Lastplatte [mm]

0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]

a0 Konstante [mm]

a1 Konstante [mm(MNm2)]

a2 Konstante [mm(MN2m4)]

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-37

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Der Verformungsmodul berechnet sich zu

V1 2 0max

1E 15 r MN msup2

a a

(Gl XV-43)

mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]

r Radius der Lastplatte [mm]

0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-38

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13 Bestimmung der Scherfestigkeit

131 Rahmenscherversuch

Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge

wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt

besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder

kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen

weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit

vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist

die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des

houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der

Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit

(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und

die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und

Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und

die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen

Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel

als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als

Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende

Grenzbedingung definiert

f c tan (Gl XV-44)

ScherkraftFS

F

Festhalte-kraft

Bewegungs-richtung

erzwungeneScherflaumlche

Bodenprobe

Filterstein

Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-39

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c

[ kNm ]2

[ kNm ]2 [ kNm ]

2

1 32

Versuch 3

Versuch 2

Versuch 1

f

f

f

f

f

f

Scherweg l [mm]

Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit

unterschiedlichen Normalspannungen

132 Einaxialer Druckversuch

Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu

sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter

Seitendehnung

Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper

hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom

Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen

mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen

wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden

sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor

Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)

des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die

Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-

geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute

aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich

oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der

Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn

eine Stauchung von = 20 erreicht ist

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-40

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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt

FN mmsup2

A (Gl XV-45)

mit F Pruumlfkraft [N]

maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]

a aV AA mmsup2

h 1

(Gl XV-46)

mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]

h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]

Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]

Stauchung [-]

a

h

h

(Gl XV-47)

mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-

Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist

die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u

Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen

Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie

u

dE max kN msup2

d

(Gl XV-48)

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

Druckstempel

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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm

133 Triaxialversuch

Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb

XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit

Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung

der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen

Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die

Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)

anzupassen

Abb XV-33 Triaxialgraumlt

Einleitung desZelldrucks

Bodenprobe

Filterstein

Porenwasserdruck-messung

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-42

XV Labor- und Feldversuche 17092013

1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)

Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen

Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung

durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen

werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten

Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der

Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des

Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des

Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter

Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht

wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen

Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender

Querschnittsflaumlche angenommen

0

0

V VA mmsup2

h h

(Gl XV-49)

mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]

V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]

h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]

h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]

Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

(1 ndash3)2 - 1-Diagramm

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-43

XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-45

XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-47

XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-43

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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

VV0 - 1-Diagramm

Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier

Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den

Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern

sin tan (Gl XV-50)

bc

cos

(Gl XV-51)

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-44

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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-47

XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-44

XV Labor- und Feldversuche 17092013

Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)

a) Spannungspfad

b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm

Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der

D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen

1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)

Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener

Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden

Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung

fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der

Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem

Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt

0 100 200 300 4000

100

200

( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

acutebacute

(-

)2

[kN

msup2]

13

max ( - )2 1 3

0 100 200 300 4000

100

200

[kNmsup2]acute

[k

Nm

sup2]

1

2

3

0

1

2

3

0

acutecacute

a)

b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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b

2

13

2

2

13

2

Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch

a) normalkonsolidierter Boden

b) uumlberkonsolidierter Boden

Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis

abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und

bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt

sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei

der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c

unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch

1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen

(CCV-Versuch)

Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck

3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch

werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit

geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen

jenen des CU-Versuchs

1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)

Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei

diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem

zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der

axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen

Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten

a) b)

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte

Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)

Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs

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XV Labor- und Feldversuche 17092013

Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-47

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Literatur

[1] Keacutezdi Aacute (1973)

Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin

[2] DIN 4022-11987

Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

[3] DIN 18121-11998

Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch

Ofentrocknung

[4] DIN 18121-22001

Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2

Bestimmung durch Schnellverfahren

[5] DIN 18122-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze

[6] DIN 18122-21997

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen

(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze

[7] DIN 181232011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der

Korngroumlszligenverteilung

[8] DIN 181241997

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -

Kapillarpyknometer Weithalspyknometer

[9] DIN 18125-12010

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 1 Laborversuche

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

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[10] DIN 18125-22011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des

Bodens - Teil 2 Feldversuche

[11] DIN 181261996

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte

nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung

[12] DIN 181272011

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch

[13] DIN 181282002

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes

[14] DIN 181292011

Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung

[15] DIN 18130-11998

Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche

[16] DIN 18130-22003

Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des

Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche

[17] DIN 181321995

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des

Wasseraufnahmevermoumlgens

[18] DIN 181342012

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch

Norm-Entwurf

[19] DIN 181362003

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen

Druckfestigkeit Einaxialversuch

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[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61

Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49

XV Labor- und Feldversuche 17092013

[20] DIN 18137-12010

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen

[21] DIN 18137-22011

Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 2 Triaxialversuch

[22] DIN 18137-32002

Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -

Teil 3 Direkter Scherversuch

[23] DIN EN ISO 14688-12003

Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung

und Beschreibung

[24] Schultze E Muhs H (1967)

Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag

Berlin - Heidelberg - New York

[25] Skempton AW (1953)

The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil

Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61