Geotechnische Charakterisierung des Hamburger
Baugrundes
von Friedrich Kausch
Der Baugrund in Hamburg besteht im wesentlichen aus Lockergesteinen des Quartär. Der sich auf größere Bauwerke im Bereich der Salzstöcke noch auswirkende tiefere Untergrund wird im allgemeinen von tertiären und kreidezeitlichen Schichten aufgebaut. In der Nähe des Salzstockes Langenfelde/Othmarschen sind aufgrund der Hochlage des Salzstockes und damit seiner darüber liegenden Hutgesteine (Gips, Anhydrit und andere) von zum Teil nur wenigen Me-tern unter Gelände Auswirkungen auf oberflächennahe Gründungen nicht auszuschließen. Der zur Verkarstung und Höhlenbildung neigende Gips hat jedoch keine große Ausdehnung, sondern ist zwischen standfesten Sedimenten eingeschlossen. Damit werden einbruchsfähige Hohlräume zwar nicht ausgeschlossen, ihre Stabilität ist aber ungleich höher als bei einem massereichen Hut-gips. Im Bereich des Salzstockes sind eine Reihe von Erdfällen mit Durchmessern von 10 bis 100 m und bis zu 25 Metern Tiefe nachgewiesen worden. Das bekannteste Beispiel ist der Bahrenfelder See. Die meisten Erdfälle sind sehr alt. In der Nähe des Allgemeinen Krankenhauses Altona wur-de ein 12 m tiefer Erdfall untersucht, dessen älteste Ablagerungen aus der Eemwarmzeit (ca. 50000 Jahre) stammen. Die Absenkungsgeschwindigkeit solcher Erdfälle beträgt bis zu 3,5 mm/a. Zwischen 1929 und 1963 wurden lokal "Einsturzbeben" registriert. Dabei dürfte es sich um Ein-stürze kleinerer Hohlräume in Tiefen zwischen 30 und 100 m gehandelt haben, die sich nicht mehr zur Oberfläche durchgepaust haben. Das letzte große Einsturzbeben ereignete sich am 8.4.2001. Der Salzstock Reitbrook hat wegen seiner Tiefenlage (ca. 800 m) keinen Einfluss auf den oberflä-chennahen Baugrund. Nach der Baugrundbeschaffenheit lässt sich das Hamburger Gebiet in drei geologisch un-terschiedliche Bereiche gliedern: • Die Geest nördlich der Elbe ist aus wechsellagernden Grundmoränen (Geschiebelehm,
Geschiebemergel), Beckensedimenten und Schmelzwassersanden aufgebaut, die in der Regel einen gut tragfähigen Baugrund darstellen. Im Bereich alter Entwässerungssyste-me wurden während der Eem-Warmzeit Hohlformen zum Teil mit mächtigen verfor-
2
mungsempfindlichen Böden wie Torfen und Mudden (organischer Schluff) verfüllt, die in der Regel ungünstige Baugrundeigenschaften aufweisen.
• Die Ablagerungen der Elbeniederung bestehen aus verformungsempfindlichen, holozä-nen Bodenarten wie Klei (toniger, humoser Schluff), organogenen Altwasserablagerun-gen wie Schlick und Mudde (organischer Schluff) und aus sedentär gebildetem Torf. In der südlich der Elbe gelegenen Elbmarsch überdeckt und/oder ersetzt Klei den Torf des weiter südlich anstehenden Geestrandmoores. Oberhalb des Grundwasserspiegels kann der Klei eine steife Konsistenz, darunter eine überwiegend breiige bis weiche Konsistenz aufweisen. Torfe, Grobdetritusmudden und Mudden können mit fließendem Übergang auftreten. Die Mächtigkeit dieser Bodenarten schwankt zwischen wenigen Dezimetern und bis zu 10 Metern. Sie werden z.T. von Sandschichten unterbrochen. In größerer Tiefe können spätglaziale Basistorfe und Basismudden auftreten. Die Weichschichten sind vor allem in den bebauten Bereichen durch mehrere Meter mächtige Auffüllungen bedeckt. Im Liegenden stehen in der Regel gut tragfähige Sande an.
• Die Geest südlich der Elbe ist dagegen aus bis zu 80 m mächtigen Schmelzwassersanden aufgebaut, über denen örtlich Sandlöß (Flottsande und Flottlehm) ansteht. Geschiebe-lehm und Geschiebemergel sind im südöstlichen Bereich anzutreffen.
Auffüllung Es handelt sich um Mischböden aus Sand, Schluff, organischen Beimengungen, Bauschutt etc. Diese Böden sind sehr heterogen zusammengesetzt und überwiegend locker gelagert. In Indust-riegebieten sind sie teilweise kontaminiert.
Kennwerte Auffüllung Feuchtraumwichte γ (kN/m³), lockere Lagerung 16 Feuchtraumwichte γ (kN/m³), dichte Lagerung 18
Reibungswinkel φ´(°), lockere Lagerung 27,5 Kohäsion c´ (kN/m²), lockere Lagerung 0 Reibungswinkel φ´(°), dichte Lagerung 32,5 Kohäsion c´ (kN/m²), dichte Lagerung 0
Steifemodul E (MN/m²), lockere Lagerung 5 - 20 Steifemodul E (MN/m²), dichte Lagerung 20 - 40
Tab. 1: Kalkulatorische, geotechnische Kennwerte der Auffüllungen
Als Weichschichten werden die in der Elbmarsch und deren Randmoorbereichen anstehenden Bodenarten zusammengefasst. Sie sind aus baugrundtechnischer Sicht in der Regel außerordent-lich problematisch. Bei bautechnischen Entwürfen wird eine möglichst genaue Definition der geo-
3
technischen Eigenschaften erforderlich. Der Begriff Weichschichten umfasst Bodenarten wie Schlick, Mudde Torf und Klei, aber auch die eemzeitlichen Torfe, Mudden und Kalkmudden, die ein vergleichbares Verhalten aufweisen. Abb. 1: Tiefenverteilung der Weichschichten und deren Wassergehalte
Schlick ist ein feinkörniges, schlammartiges Sediment in Gewässern jeder Art mit viel organo-gener Substanz. Typisch ist eine breiig-weiche Konsistenz. Im Bereich der Elbe, der Kanäle und der Hafenbecken ist Schlick – im Gegensatz zur Mudde – anthropogen beeinflusst (Muschelschill, Holz, Schwefeleisen, Vivianit). Torfe sind in nährstoffarmen Standorten mit hohem Grundwasserstand sedentär entstanden, sie untergliedern sich in Niedermoor-, Übergangsmoor- und Hochmoortorfe unterschiedlicher Zerset-zungsgrade, im allgemeinen mehr als 30% organische Substanz, welche aus pflanzlichen Mikro- und Makroresten und kolloidalen Huminstoffen in wechselnden Anteilen besteht.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Wassergehalt (1)
TorfMuddeKleiSandmudde
0
2
8
10
12
14
16
18
6
20
4
Tief
e (m
)
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 2010,001 0,01 0,1 10
Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4
Abb. 2: Korngrößenverteilung der Mudden
Mudden sind in stehenden Gewässern abgelagerte limnische Sedimente, gekennzeichnet durch das Vorhandensein von Süßwasserdiatomeen und verschleppten brackischen Diatomeen. Sie glie-dern sich in Abhängigkeit von der Kornverteilung in Tonmudden, Schluffmudden und Sandmud-den. In Abhängigkeit von der organischen Substanz werden im Elbtal noch Detritus- und Grob-detritusmudde unterschieden. Klei ist ein im Elbeästuar unter marinen und brackischen Bedingungen abgelagertes Gezeitense-diment. Er ist gekennzeichnet durch Ausscheidungsprodukte der marinen und brackischen Fauna und Flora (u.a. brackische und marine Diatomeen) und sowohl hinsichtlich der Kornverteilung als auch hinsichtlich der organischen Bestandteile sehr unterschiedlich ausgebildet. Abb. 3: Korngrößenverteilung Klei
Nach DIN 18 300 ist der Klei in die Bodenklasse 2 bzw. 4 - fließender bzw. mittelschwer lösbarer Boden - und nach DIN ISO 14688 als OU bzw. als OT einzustufen. Torfe, Mudden und Schlick gehören in die Bodenklasse 2. Nach DIN ISO 14688 sind sie als HN und HZ bzw. F zu klassifi-zieren. Die wichtigsten kalkulatorischen, geotechnischen Kennwerte der Weichschichten werden in fol-gender Tabelle zusammengefasst:
Kennwerte Mudde und Torf (qh)
Mudde und Torf (qee)
Klei
Feuchtraumwichte γ (kN/m³) 12 - 16 13 - 20 Trockenraumwichte γd
(kN/m³) 2 - 10 6 - 15
Wassergehalt w (%) 50 - 570 40 - 210 20 - 120 Porenanteil n (%) 50 - 90 34 - 75
20
Korngröße (mm)0,0020,001
0
10
20
30
40
50
60
6,30,063 0,630,0063 0,02 0,2 20,01 0,1 10
70
80
(%)
Ton
90
100
KiesSandSchluff
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
5
Reibungswinkel φcu(°) 8,5 - 24 (15,4) 17 – 25,5 (19,0) 15 - 25 (17,7) Kohäsion ccu (kN/m²) 5 - 32 (15,7) 6 - 40 (11,3) 2,5 - 39 (11,5)
Steifemodul E (MN/m²) σ = 0,1 MN/m², w = 20% 3,5 σ = 0,1 MN/m², w = 400% 0,8
Durchlässigkeit K (m/s) 1,5E-8 bis 6E-11 4E-9 bis 8E-11 2E-9 bis 5E-11
Tab. 2: Grenzwerte und kalkulatorische (..), geotechnische Kennwerte der Weichschichten
Alle diese Bodenarten sind stark verformungsempfindlich und sehr wenig wasserdurchlässig (staunässebildend). Für Böschungen in Einschnitten besteht Rutschungsgefahr. Bei einer Bebau-ung sind stets besondere Gründungsmaßnahmen erforderlich (z.B. Bodenaustausch, Tiefgrün-dung). Bei geringer Mächtigkeit dieser Bodenarten kann für leichtere Bauwerke nach vorausge-hender Setzungsschätzung eine Flachgründung möglich sein. Setzungen können durch Vorbelas-tung in Verbindung mit dem Einbau von Vertikaldräns beschleunigt werden. Bei höheren Auf-schüttungen (Deiche, Dämme) besteht Grundbruchgefahr. Grundwasserabsenkungen bei Baumaßnahmen und Sanierungsmaßnahmen sowie Dränagen und Entwässerungsgräben können zu Setzungen des Geländes und damit zu Schäden an vorhandenen Bauten und an Ver- und Entsorgungsleitungen führen. Das Grundwasser ist aufgrund der Sedi-mentationsbedingungen (Ablagerungen der Sedimente im Wasser, relativ geringer Konsolidie-rungsgrad infolge Auftrieb) ungespannt oder allenfalls halbgespannt. Wassergehalt und organische Substanz sind für diese Bodenarten prägende Faktoren. Glühverlust Vgl. Größenordnungsmäßig bestimmt er den Anteil an organischer Substanz. Da bei einer Glühtempe-ratur oberhalb 500°C auch Kristallwasser und anorganischer Kohlenstoff aus Kalziumkarbonat (fic) verlustig geht, wird häufig, u.a. für Prognoserechnungen zur Verlagerung organischer Schad-stoffe, die Bestimmung des effektiven Gehaltes an Organischem Kohlenstoff (foc/corg.)
erforderlich. Er kann mit dem Carmhographen nach Wösterhoff ermittelt werden. Den Abb. 4 und
5 ist der statistische Zusammenhang zwischen Gehalt an organischem Kohlenstoff und Glühver-
lust zu entnehmen. Er ist aus dem Glühverlust gemäß
foc = e 1,14 ln(Vgl) – 1,45 (%) in Abb. 5
6
abzuleiten. Abweichungen sind systembedingt. Die gemessenen Werte liegen mit N = 75 und r =
0,97 zwischen 0,02 und 46%. Der organische Kohlenstoff hat maßgeblichen Einfluss auf die
Sorption.
Der anorganische Kohlenstoff kann auch aus dem Kalkgehalt (Vca) nach Scheibler gemäß
fic Vca=
8 33,
abgeleitet werden. Aus dem Glühverlust (Vgl) ergibt sich dann der organische Kohlenstoff foc = Vgl – fic. Auf die aufwendigere Labortechnik kann dann verzichtet werden. Abb. 4: Gehalt an organischem Kohlenstoff (foc) im Verhältnis zum Glühverlust
Für die folgende Grafik wurde die doppellogarithmische Auftragung gewählt, damit auch die für die Sorption wichtigen, niedrigen Gehalte an organischem Kohlenstoff (z.B. bei humosen Sanden) erkennbar werden. Abb. 5: Gehalt an organischem Kohlenstoff (foc) im Verhältnis zum Glühverlust
0,01 0,1 1 10 100
Glühverlust Vgl (%)
0,01
0,1
1
10
100
Geh
alt o
rgan
isch
er K
ohl e
nsto
ff f
oc (%
)
Gehalt an org. Kohlenstoff foc (%)Sand (qh)KleiMudde (qh)Torf (qh)Kalkmudde (qee)
foc = e 1,14 ln (Vgl) - 1,45
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Glühverlust Vgl (%)
0
10
20
30
40
50
Geh
alt o
rgan
isch
er K
ohle
nsto
ff C
o rg.
(%)
Gehalt an org. Kohlenstoff (%)KleiMudde (qh)Torf (qh)Kalkmudde (qee)
Corg = e 1,43 ln (Vgl) - 2,23
7
Die Kornwichte γs weicht bei organogenen Bodenarten z.T. erheblich von den üblichen Werten
(26,5 bis 27,0 kN/m³) ab. Sie lässt sich aus dem leichter zu ermittelnden Glühverlust ableiten.
Abb. 6: Kornwichte im Verhältnis zum Glühverlust
Der Wassergehalt w gibt das Verhältnis der Masse mw des im Boden vorhandenen Porenwas-
sers zur Trockenmasse md des Bodens an.
wmm
w
d= 1
Der Porenanteil n ist das Verhältnis des Porenvolumens zum gesamten Bodenvolumen
n d
s= −1
γγ
% .
Er ist nicht zu verwechseln mit dem nutzbaren Porenanteil P* (nutzbare Porosität), der sich aus
dem Porenanteil n abzüglich des Haftwasservolumens nh ergibt.
Der Porenanteil ergibt sich aus dem Wassergehalt gemäß
n = 67,95 + 17,90 ln w (%) auf der Basis von N = 244 Proben, der Korrelationskoeffizient ist r = 0,81 (Güte des Trends).
Die gemessenen Werte liegen zwischen 28,6 und 90%.
Die Porenzahl e ist das Verhältnis des Porenanteiles zum Anteil der Festmasse
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Glühverlust Vgl (%)
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28K
orn w
icht
e γ s
(kN
/m³)
γs = e 3,298 - 0,00736 Vgl
8
e nn
=−1
1 .
Abb. 7: Porenzahl im Verhältnis zum Wassergehalt
Die Porenzahl kann im Verhältnis zum Wassergehalt gemäß e = e 0,801 + 0,838 ln w (1) auf der Basis von N = 244 Proben ermittelt werden. Der Korrelationskoeffizient ist r = 0,94 (Güte
des Trends). Die gemessenen Werte liegen zwischen 0,4 und 9.
Die Trockenraumwichte γd ist das Verhältnis der Masse des trockenen Bodens md zu dessen
Volumen V
γγ
ddm
V wkN m= =
+13/ .
Die Trockenraumwichte kann im Verhältnis zum Wassergehalt gemäß γd = e 1,91 – 0,74 ln w (kN/m³)
ermittelt werden. Die gemessenen Werte liegen zwischen 2,35 und 14,74 kN/m³ bei N = 133 und
r = 0,88.
Die Feuchtraumwichte γ ist das Verhältnis der Masse des feuchten Bodens mf zu dessen Vo-lumen V.
γ =mV
kN mf / 3
Der statistische Zusammenhang ist
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Wassergehalt w (1)
05
101520253035404550556065707580859095
100
Por e
nant
eil
n (%
)
00,511,522,533,544,555,566,577,588,599,510
Porenzahl e (1)
Torf (n) Torf (e)Mudde (n) Mudde (e)Klei (n) Klei (e)Sand-/Schluffmudde (n) Sand-/Schluffmudde (e)Kalkmudde (n) Kalkmudde (e)Weichschichten (n) Weichschichten (e)Schlick (n) Schlick (e)
n = 67,95 + 17,90 ln w
e = e 0,801 + 0,838 ln w
9
γ = e2,645- 0,253 ln w (kN/m³) Die gemessenen Werte liegen zwischen 8,90 und 19,70 kN/m³ bei N = 133 und r = 0,87.
Abb. 8: Trockenraumwichte und Feuchtraumwichte im Verhältnis zum Wassergehalt
Bei mathematischen Transportmodellen wird in der Regel mit dem Volumetrischen Wassergehalt Θ gerechnet; er gibt das Verhältnis des Wasservolumens zum gesamten Bodenvolumen an gemäß
Θ = ⋅γγ
d
ww 1 .
Es wurden daher auch die Zusammenhänge zwischen Porenanteil, Porenzahl, Trockenraumwichte und Feuchtraumwichte zum volumetrischen Wassergehalt ausgewertet.
Abb.9: Porenanteil und Porenzahl im Verhältnis zum volumetrischen Wassergehalt
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6
Wassergehalt w (1)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Torf TorfMudde MuddeKlei KleiSand-/Schluffmudde Sand-/SchluffmuddeSchlick SchlickWeichschichten WeichschichtenKalkmudde Kalkmudde
(γ)
Feuc
h tra
umw
ich t
e γ
(kN
/m2 )
Trockenraumw
ichte γd (kN/m
2)
(γ)
(γ)
(γ) (γ)
(γ)
(γd) (γd)
(γd)
(γd)
(γd)
(γd)γ = e 2,645 - 0,253 ln w
γd = e 1,91 - 0,74 ln w
(γ)
(γd)
0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 105
101520253035404550556065707580859095
100
Pore
nant
e il
n (%
)
00,511,522,533,544,555,566,577,588,599,510
Porenzahl e (1)
Torf (n) Torf (e)Mudde (n) Mudde (e)Klei (n) Klei (e)Sand-/Schluffmudde (n) Sand-/Schluffmudde (e)Kalkmudde (n) Kalkmudde (e)Weichschichten (n) Weichschichten (e)Schlick (n) Schlick (e)
n = 1,357 + 98,15 Θ
e = e-2,27 + 4,51 Θ
Volumetrischer Wassergehalt Θ (1)
10
Der statistische Zusammenhang ist n = 1,357 + 98,15 Θ [%]
mit N = 118 und r = 0,96 und den gemessenen Werten 44 und 86% sowie
e = e –2,27 + 4,51 Θ [1],
mit N = 118 und r = 0,90 und den gemessenen Werte 0,78 und 5,9.
Abb. 10: Trockenraumwichte und Feuchtraumwichte im Verhältnis zum volumetrischen Wassergehalt
Der statistische Zusammenhang ist γ = 27,45 – 19,12 Θ [kN/m³] mit N = 132 und r = 0,91 und den gemessenen Werten 10,78 und 19,7% sowie γd = 27,41 – 29,05 w [kN/m³], mit N = 132 und r = 0,95 und den gemessenen Werte 2,73 und 15,05.
Für die Ermittlung spannungsbedingter Verformungen im Untergrund werden spannungsbezoge-
ne Steifemoduln der jeweiligen Bodenart erforderlich. Der Steifemodul ist eine Kennziffer, die
dem Elastizitätsmodul fester Stoffe entspricht, allerdings von der Bodenart, dem Gefüge, der La-
gerungsdichte und bei bindigen Böden vom Wassergehalt abhängig ist.
Der Steifemodul ergibt sich gemäß
h
hEs ΔσΔ
= (kN/m²)
0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,90
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26Torf TorfMudde MuddeKlei KleiSand-/Schluffmudde Sand-/SchluffmuddeSchlick SchlickWeichschichten Weichschichten Kalkmudde Kalkmudde
Feuc
htra
umw
icht
e γ
(kN
/m3 )
Trockenraumw
ichte γd (kN/m
3)
Volumetrischer Wassergehalt Θ (1)
γ = 27,45 - 19,12 Θγd = 27,41 − 29,05 Θ
(γ )
(γ )
(γ )(γ )
(γ )
(γd )(γd )
(γd )(γd )
(γd )
(γd )
(γd )(γ )
(γ )
11
und wird mit dem Ödometer ermittelt. Die Ergebnisse einer Vielzahl von Ödometerversuchen
wurden mit dem Wassergehalt korreliert und in folgender Grafik dargestellt:
Abb. 11: Spannungsbezogener Erstbelastungssteifemodul für Weichschichten unterschiedlicher Wassergehalte
Für die Lösung von Grundwasserströmungsgleichungen wird u. a. der spezifische Speicherkoef-fizient Ss benötigt. Er definiert den Speicherterm. Aus dem spezifischen Speicherkoeffizienten kann wiederum durch Multiplikation mit der Diffusivität die vertikale Durchlässigkeit des Sys-tems ermittelt werden. Der Spezifische Speicherkoeffizient Ss ergibt sich gemäß
)m/1(E
gSs IIw ⋅γ
=
aus dem Wiederbelastungsmodul EII, der speziell für repräsentative Proben der Weichschichten mit niedriger Spannung (0,02 MN/m²) ermittelt wurde. Da üblicherweise nur die Erstbelastungs-moduln EI gemäß Abb. 11 vorliegen, muss der Wiederbelastungsmodul hilfsweise über das Stei-femodulverhältnis
E EEv
II
I= ( )1
ermittelt werden. Für Wassergehalte w ≥ 1,0 ist Ev ≈ 6, w = 0,4 - 1,0 ist Ev ≈ 4 und für
10%
0,01 0,1
Spannung (MN/m²)
0,1
1
10
100
Klei, Torf, Mudde
Wassergehalt
0,05
10%
20%
40%60%
100%
200%300%400%
100%
150%
200%
Hafenschlick, sandige Fazies
Stei
fem
odul
E (M
N/m
2 )
12
w ≤ 0,4 ist Ev ≈ 2. Diese spezifischen Speicherkoeffizienten Ss weisen im Verhältnis zum volumetrischen Wasserge-halt einen leicht ansteigenden Trend auf. Die relativ starke Streuung resultiert aus der hilfsweisen Umrechnung über das Steifemodulverhältnis. Unterteilt man die Weichschichten in Klei, Mudde und Torf, dann wird deutlich, dass die spezifi-schen Speicherkoeffizienten für den Klei mit zunehmendem Wassergehalt zwischen 0,002 und 0,006 liegen. Bei Mudden und Torfen ist die Wassergehaltsabhängigkeit geringer, der spezifische Speicherkoeffizient liegt bei einer größeren Streubreite zwischen 0,001 und 0,006.
Abb. 12: Spezifischer Speicherkoeffizient Ss im Verhältnis zum volumetrischen Wassergehalt
von Torf, Mudde und Klei
Der Durchlässigkeitskoeffizient kr ist bei gesättigten Böden und laminarer Strömung der Wert, der sich aus der in der Zeiteinheit durch die Flächeneinheit des Bodens strömende Wassermenge ergibt. Dabei ist die Filtergeschwindigkeit
v qA
=
dem hydraulischen Gefälle
i hL
=ΔΔ
proportional. Mit
k vir =
ergibt sich
k qA t i
m sr =⋅ ⋅Δ
( / ) .
0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
0
0,005
0,01
0,015
0,02
Spez
ifisc
her S
peic
h erk
oeff
izie
n t S
s (1/
m)
TorfMuddeKleiWeichschichten
Ss = -0,003 + 0,0076 ΘSs = -0,003 + 0,0095 ΘSs = -0,0014 + 0,008 Θ
Volumetrischer Wassergehalt Θ (1)
Ss = 0,00098 + 0,0031 Θ
13
Dabei ist q = Wassermenge
A = Fläche
Δt = Zeiteinheit
i = hydraulisches Gefälle
Bei Weichschichten können durch Konsolidierung unter Auflasten und eine damit verbundene Verminderung des durchströmten Porenraumes erhebliche Veränderungen der hydraulischen Ei-genschaften eintreten. Deshalb müssen vor Versuchsbeginn die zu untersuchenden Proben unter der mittleren Hauptspannung
σ σ σm v v K kN m= + ⋅13
2 02( ) ( / ) mit
σ γV z= ⋅ und K0 1 0 5= − ≈sin ,ϕ konsolidiert werden. Charakteristische Durchlässigkeitswerte für Torfe, Klei, Mudden und Sandmudden sind der Abb. 13 zu entnehmen. In dieser Abb. wurde für zwei repräsentative Mudden und einen repräsentativen Klei die Abnahme der Durchlässigkeit bei gleichem Gefälle und zunehmender Konsolidierung dargestellt. In der Abb. 14 wird dieser Zusammenhang noch einmal verdeutlicht.
Abb. 13: Durchlässigkeitskoeffizienten im Verhältnis zum Porenvolumen
40 50 60 70 80 90 100
Porenvolumen n (%)
1,0E-11
1,0E-10
1,0E-09
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
Dur
chlä
ssig
keits
koef
fizie
nt k
(m/s
) Torf (qee)Mudde (qee)Sandmudde (qee)TorfMuddeKleiKalkmuddeSchlick
Abnahme der Durchlässigkeit bei gleichem Gefälle ( i = 30 ) und zunehmender Konsolidierung ( 50 - 400 kN/m² )
Durchlässigkeitswerte bei i = 17 - 33
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420
Konsolidierungsspannung (kN/m²)
1,0E-11
1,0E-10
1,0E-09
1,0E-08
1,0E-07
Dur
chlä
ssig
keits
koef
fizie
nt k
(m/s
) Klei, Hydraulisches Gefälle i = 30 Mudde, Hydraulisches Gefälle i = 30Mudde, Hydraulisches Gefälle i = 30Torf, Hydraulisches Gefälle i = 5 - 20Mudde, Hydraulisches Gefälle i = 5 - 20Mudde, Hydraulisches Gefälle i = 30, Sättigungsdruck 600kN/m²Mudde, Hydraulisches Gefälle i = 30, Sättigungsdruck 600kN/m²Klei, Hydraulisches Gefälle i = 30, Sättigungsdruck 600kN/m²
14
Abb. 14: Durchlässigkeitskoeffizienten in Abhängigkeit von der Konsolidierungsspannung
Abb. 15: Durchlässigkeitskoeffizient in Abhängigkeit vom hydraulischen Gefälle
Im Gegensatz zu Äußerungen anderer Autoren (Schildknecht und Schneider 1987) zeigt sich in der Abb.19 eine deutliche Abhängigkeit der Durchlässigkeit vom hydraulischen Gefälle. Die Ursache ist vermutlich in der gefälleabhängigen Konsolidierung zu suchen, da sich bei den sehr verformungsempfindlichen Weichschichten nach der Gradientenerhöhung jeweils ein neues Gleichgewicht einstellen muss. Beispielsweise wird die bereits aktivierte Konsolidierungsspan-nung von 275 kN/m² durch eine Gradientenerhöhung von 160 kN/m² auf 435 kN/m² erhöht. Die wirksame Spannung σ´= σ - u ist 435 kN/m² - 275 kN/m² = 160 kN/m² oben und 435 kN/m² - 435 kN/m² = 0 kN/m² unten mit der Wirkung einer teilweisen weiteren Konsolidierung. Das dabei austretende Wasser verfälscht die Durchlässigkeitskoeffizienten. Maßgeblich ist dieses Phänomen aber nur bei hohen Gradienten, die daher möglichst vermieden werden sollten. Vorteilhaft ist, Wassereintritt und Wasseraustritt parallel zu messen. Bei Übereinstimmung ist der aus dem hydraulischen Gefälle resultierende Konsolidierungsvorgang abgeschlossen. Die Mess-werte sind optimiert. Bei teilgesättigten Böden ist die Durchlässigkeit vom Sättigungsgrad abhängig. Sie wurde an un-terschiedlich verdichteten Böden gemessen. Der Sättigungsgrad ist
( )⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛γ⋅
−γ⋅=
w
sr n
n1ws
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Hydraulisches Gefälle i (1)
1,0E-11
1,0E-10
1,0E-09D
urch
l äss
igke
itsk o
effiz
ient
k (m
/s) Klei, Konsolidierungsspannung 276 kN/m²
Mudde, Konsolidierungsspannung 293 kN/m²Torf, Konsolidierungsspannung 291 kN/m²
15
Dabei ergeben sich versuchsbedingt die größten Durchlässigkeiten bei den niedrigen Trocken-raumwichten im „trockenen“ und im „feuchten“ Bereich. Die geringsten Durchlässigkeiten erge-ben sich beim optimalen Wassergehalt (geringster Porenanteil, größte Trockenraumwichte) bzw. gleich danach im „feuchten“ Bereich. Abb. 16: Gemessene Durchlässigkeit in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad
Vergleichsweise wurden die rechnerischen Durchlässigkeitskoeffizienten im Verhältnis zum Sät-tigungsgrad ermittelt. Dazu wurden für die untersuchten Proben jeweils die Trockenraumwichten des vergleichbaren Einbaubereich zugrundegelegt und für unterschiedliche Wassergehalte die vo-lumetrischen Wassergehalte ermittelt. Damit wurde der beim üblichen Sedimentationsverhalten nicht auftretende Verdichtungseffekt ausgeschaltet. Nicht berücksichtigt wurden außerdem die beim Einbau deutlich unterhalb des optimalen Wassergehaltes entstehenden Texturen (porenu-nabhängige Strömungswege). Den volumetrischen Wassergehalten θ wurden dann die Wasser-spannungen ψ (cm WS) zugeordnet und mit diesen die Durchlässigkeiten ermittelt. Abb. 17: Rechnerische Durchlässigkeit von Weichschichten und Sanden in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200
Sättigungsgrad Sr (1)
1,0E-11
1,0E-10
1,0E-09
1,0E-08
1,0E-07
Dur
c hlä
ssig
keit s
koef
fizie
n t k
(m/s
)
Klei, natürlich gelagertKlei, unterschiedlich verdichtetKlei, sandig, unterschiedlich verdichtetKlei, sehr sandig, unterschiedlich verdichtet
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200
Sättigungsgrad Sr (1)
1,0E-12
1,0E-11
1,0E-10
1,0E-09
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
1,0E-05
1,0E-04
1,0E-03
Dur
c hlä
ssig
kei ts
koef
fizie
n t k
(m/s
)
Klei, gemessene WerteKlei, theoretische WerteKlei, sandig, theoretische WerteKlei, sehr sandig, theoretische WerteSand, theoretische Werte
16
Diese rechnerisch ermittelten Durchlässigkeitskurven steigen mit zunehmendem Sättigungsgrad, wie es für teilgesättigte, natürliche Böden zu erwarten ist. Allerdings liegen die Ergebnisse im ge-sättigten Bereich deutlich höher als üblicherweise gemessen wird. Künstlich verdichtete Systeme sind wegen ihrer spezifischen Herstellungskriterien und der damit verbundenen unterschiedlichen Verdichtungs- und Sättigungsgrade sowie der Strömungswege nicht nur in den Poren, sondern auch in den Texturen zu beurteilen (siehe auch Abb. 16). Die Plastizität Ip eines bindigen Bodens wird definiert als der Wassergehaltsbereich, der gemäß Ip = wL - wp, zwischen der Fließgrenze wL - Übergang von der flüssigen zur bildsamen Zustandsform - und der Ausrollgrenze wp - Übergang von der bildsamen zur halbfesten Zustandsform - liegt. Die Fließgrenze kann gemäß Abb. 18 vom Wassergehalt Abb. 18:Abhängigkeit der Fließgrenze vom Wassergehalt
und die Ausrollgrenze gemäß Abb. 19 ebenfalls vom Wassergehalt abgeleitet werden.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Wassergehalt w (1)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5Fließgrenze SchlickFließgrenze KleiFließgrenze Torf/MuddeFließgrenze (alle Weichschichten)
wL= 0,35 - 0,50 mittlere Plastizität
wL = 0,70 - 0,90 sehr hohe Plastizität
wL > 0,90 extrem hohe Plastizität
DIN 14688
Flie
ßgre
n ze
wL (
1)
wL = e 0,256 + 0,885 ln w
wL= 0,50 - 0,70 hohe Plastizität
wL< 0,35 geringePlastizität
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8
Wassergehalt w (1)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
Ausrollgrenze SchlickAusrollgrenze KleiAusrollgrenze Torf/MuddeAusrollgrenze (alle Weichschichten)
Aus
rollg
renz
e w
p (1
)
wp = e -1,62 + 0,91 w
17
Abb. 19: Abhängigkeit der Ausrollgrenze vom Wassergehalt
Die Plastizität wird definiert als Ip < 0.10 leicht plastisch, Ip = 0,10 - 0,25 mittel plastisch, Ip > 0,25 ausgeprägt plastisch. Die Plastizität kann auch nach der Fließgrenze untergliedert werden (siehe Abb. 18). Dabei ist wL < 0,35 geringe Plastizität, wL = 0,35 - 0,50 mittlere Plastzität, wL = 0,50 – 0,70 hohe Plastizität, wL = 0,70 – 0,90 sehr hohe Plastizität, wL > 0,90 extrem hohe Plastizität. Die Konsistenz Ic eines bindigen Bodens ist ein Maß seiner Festigkeit.
Icw ww w
L
p=
−−
( )1
Liegt der natürliche Wassergehalt w oberhalb der Fließgrenze wL , so ist der Boden "breiig"; liegt
er zwischen der Fließgrenze wL und der Ausrollgrenze wp, so ist er "weich" bis "steif"; liegt er un-
terhalb der Ausrollgrenze wp, so ist er "halbfest". Liegt der Wassergehalt noch unterhalb der
Schrumpfgrenze ws, - definiert als der Wassergehalt, bei dem bei weiterer Trocknung keine Vo-
lumenminderung mehr eintritt, dann ist der Boden "fest".
Dabei wird definiert Ic = 0 – 0,25 breiig, Ic = 0,25 - 0,50 sehr weich, Ic = 0,50 - 0,75 weich, Ic = 0,75 - 1,00 steif, Ic > 1,00 halbfest. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8
Wassergehalt w (1)
00,050,1
0,150,2
0,250,3
0,350,4
0,450,5
0,550,6
0,650,7
0,750,8
0,850,9
0,951
Konsistenzzahl SchlickKonsistenzzahl Klei/ Junger KleiKonsistenzzahl Torf/MuddeKonsistenzzahl (alle Weichschichten)
Ic = 0,75 - 1,00steif
Ic = 0,25 - 0,50sehr weich
Ic = 0 - 0,25breiig
Ic = 0,50 - 0,75weich
Kon
sist
enzz
a hl I
c (1)
Ic = e -0,0424 - 0,9194 w
18
Abb. 20: Konsistenzzahl in Abhängigkeit vom Wassergehalt
Abb.21 belegt, dass Klei, Mudde und auch Torf, wenn dieser stark zersetzt (HN) ist, ausgeprägt plastische Böden sind und eine "breiige" bis "weiche" Konsistenz aufweisen.
Abb. 21: Plastizitätszahl im Verhältnis zur Konsistenzzahl mit Gliederung der Konsistenz und der Plastizität
Abb. 22 belegt, dass der Klei im Plastizitätsdiagramm oberhalb der A - Linie in die ausgeprägt plastische Kategorie mit eher niedrigen Anteilen organischer Substanz einzuordnen ist, während Mudde und Torf mit hohen Anteilen an organischer Substanz unterhalb der A - Linie liegen.
Abb. 22: Plastizitätsdiagramm nach Casagrande mit Gliederung in Plastizitätsgruppen
Die undränierte Scherfestigkeit cu bindiger Bodenarten kann entweder als unkonsolidiert-undränierter Versuch bei völliger Wassersättigung und in normal konsolidiertem Zustand (φ = 0) oder als einaxialer Druckversuch mit σ3 = 0 ermittelt werden. Diese Werte sind zur Beurteilung
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4
Fließgrenze w (1)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
Plas
t izitä
tsza
h l Ip
(1)
TorfMuddeKlei/ Junger KleiSchlick
L
TL
TM
TA
OT A - Lini
e Ip
= 0
,73 (w
- 0,
2)L
OU
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
Konsistenzzahl Ic (1)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
SchlickTorfMuddeKlei/ Junger Klei
Ic = 0,25 - 0,5 sehr weich
Ip < 0,1 leicht plastisch
Ip = 0,1 - 0,25 mittel plastisch
Ip > 0,25 ausgeprägt plastisch
Ic = 0 - 0,25 breiig
Ic = 0,5 - 0,75weich
19
der Konsistenzgrenzen und vieler geotechnischer Fragen (Standsicherheitsaufgaben, Pfahltragfä-higkeiten etc.) erforderlich.
Abb. 23: Konsistenzzahl im Verhältnis zur undränierten Scherfestigkeit mit Gruppierung
Die Eingruppierung der Konsistenz nach cu-Werten auf der Basis moderner Labormethoden ist
effektiver.
Abb. 24: Undränierte Scherfestigkeit im Verhältnis zum Wassergehalt
Die Wassergehaltsabhängigkeit der cu-Werte wird deutlich erkennbar. Der statistische Zusam-
menhang ergibt sich gemäß
cu = e 2,71 – 0,72 ln w [kN/m²] mit N = 27 und r = 0,63 und den gemessenen Werten 6,7 bis52 kN/m² für die holozänen Weich-
schichten und
cu = e 3,85 – 0,355 ln w [kN/m²]
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8
Wassergehalt w (1)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
undr
äni e
rte S
cher
fest
igke
it c u
(kN
/m²)
Torf, Mudde und Klei (qh)Torf und Mudde (qee)DeponiematerialSchlick
cu = e 3,85 - 0,355 ln w
cu = e 2,71 - 0,72 ln w
2 20
undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²)
00,05
0,10,15
0,20,25
0,30,35
0,40,45
0,50,55
0,60,65
0,70,75
0,8
Konsistenzzahl (alle Weichschichten)Torf/MuddeKleiSchlick
cu = 20 - 60 kN/m² weich
Ic = 0,50 - 0,75 weich
Ic = 0,25 - 0,50 sehr weich
6
Bezugsgerade nach Kiekbusch
10
Kon
sist
enzz
ahl I
c (1)
cu = 6 - 20 kN/m² sehr weich
cu = <6 kN/m² breiig
Ic = 0 - 0,25breiig
20
mit N = 8 und r = 0,70 und den gemessenen Werten 29 bis 51 kN/m² für die eemzeitlichen Weich-
schichten.
Die Scherparameter für konsolidierte Versuche (φ´, c´) bzw. für konsolidiert - undränierte Versuche (φcu, ccu) werden unter den jeweiligen Bedingungen im Triaxialgerät ermittelt. Die Mit-telwerte, Grenzwerte und Grundwerte (Wahrscheinlichkeit P = 95%) sind der Tab.3 im Detail zu entnehmen. Bodenart Scherparameter, konsolidiert Scherparameter, konsolidiert - undräniert
Mittelwerte Grenzwerte Grundwerte Mittelwerte Grenzwerte Grundwerte φ´
(°)
c´
(kN/m²)
φ´
(°)
c´
(kN/m²)
φ´
(°)
c´
(kN/m²)
φcu
(°)
ccu
(kN/m²)
φcu
(°)
ccu
(kN/m²)
φcu
(°)
ccu
(kN/m²)
Weich-
schichten, qh
26,9 9 16 – 39,6 0 – 20 25,4 7,2 18,8 17,4 8,5 – 30,5 2,5 - 40 17,6 15,2
Torf und
Mudde, qh
24,5 7,7 18 – 31 2 – 18 21,1 4,0 17,0 18,8 8,5 – 24 5 – 32 15,4 15,7
Klei, qh 27,3 8,6 19 – 39,6 0 – 20 25,8 6,1 18,8 15,7 15 – 25 2,5 – 39 17,7 11,5
Torf und
Mudde, qee
28 12,5 16 – 43,5 4 – 19 21 7,1 20,9 17,6 17 – 25,5 6 – 40 19,0 11,3
Tab.3: Scherfestigkeiten holozäner und eemzeitlicher Weichschichten
Torfe, Mudden und Kalkmudden der Eem - Warmzeit Eemzeitliche Torfe sind nördlich der Elbe weit verbreitet, überwiegend aber entlang der alten Entwässerungssysteme. Vielfach treten an der Basis der Torfe noch Mudden und Kalkmudden auf. Sie stehen bis etwa 20 m unter Gelände an. Sie werden von Sanden und Geschiebemergel un-terlagert. Torfe wurden in nährstoffarmen Standorten mit hohem Grundwasserstand sendentär gebildet, sie werden untergliedert in Niedermoor-, Übergangsmoor- und Hochmoortorfe unterschiedlicher Zer-setzungsgrade, im allgemeinen mit mehr als 30 % organischer Substanz, welche aus pflanzlichen Mikro- und Makroresten und kolloidalen Huminstoffen besteht. Mudden sind in stehenden Gewässern abgelagerte limnische Sedimente, sie sind gekennzeichnet durch das Vorhandensein von Süßwasserdiatomeen. Sie gliedern sich in Abhängigkeit von der Kornverteilung und vom Kalkgehalt in Tonmudden, Schluffmudden (0 – 3%), Sandmudden (ca. 15%) und Kalkmudden (55 – 82%). Sie sind überwiegend schwach bis gut plastisch ausgebildet (teilweise schuppig) und haben eine breiige bis weiche Konsistenz. Mudden neigen zu schuhsoh-lenartigen Verfestigungen im Zentimeter- bis Dezimeterbereich.
21
Die eemzeitlichen Torfe, Mudden und Kalkmudden sind durch Sandüberschüttungen der Weich-seleiszeit vorbelastet und in Abhängigkeit vom Wassergehalt stark verformungsempfindlich. Abb. 25: Tiefenverteilung der Weichschichten und des Wassergehaltes
Abb.26: Korngrößenverteilung der Mudden und Kalkmudden
Die wesentlichen geotechnischen Eigenschaften der eemzeitlichen Weichschichten werden wegen des überwiegend identischen Verhaltens im Abschnitt über die holozänen Weichschichten darge-stellt. Zur Abtragung von Bauwerkslasten sind sie in der Regel ungeeignet, so dass besondere Grün-dungsmaßnahmen (Bodenaustausch, Tiefgründung) erforderlich werden.
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 2010,001 0,01 0,1 10
Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Wassergehalt (1)
Torf (qh)Mudde (qh)Klei (qh)Sandmudde (qh)Torf (qee)Mudde (qee)Sandmudde (qee)
0
2
8
10
12
14
16
18
6
20
4Ti
efe
(m)
22
Nach DIN 18 300 sind die Torfe, Mudden und Kalkmudden in die Bodenklasse 2 - fließende Bo-denarten - und 3 - leicht lösbare Bodenarten - einzustufen. Gemäß DIN ISO 14688 sind sie als HN (nicht bis mäßig zersetzte Torfe), HZ (zersetzte Torfe) und F (Mudde und Kalkmudde) zu klassifizieren. Grundwasserabsenkungen bei Baumaßnahmen und Sanierungsmaßnahmen sowie Drainagen und Entwässerungsgräben können zu Setzungen des Geländes und damit zu Schäden an vorhandenen Bauten und an Ver- und Entsorgungsleitungen führen. Wegen der geringen Wasserdurchlässigkeit kann das Grundwasser unterhalb der Weichschichten gespannt sein. Die Böden sind staunässebil-dend. Sandlöß Die Windablagerungen Flottsand und Flottlehm sind wechselnd schluffige Feinsande bis feinsan-dige Schluffe, die im allgemeinen geringer als 2 m mächtig die eiszeitlichen Schmelzwassersande südlich der Elbe überdecken. Die Flottsande sind feinkörnigen, schluffigen Sanden vergleichbar. Ihre Tragfähigkeit ist abhän-gig von der Lagerungsdichte, den Scherfestigkeitsparametern und dem Steifemodul. Der Flottlehm ist dem Beckenschluff vergleichbar. Die Tragfähigkeit ist abhängig von Wasser-gehalt, Konsistenz, Scherfestigkeitsparametern und Steifemodul. Die Böden sind nach DIN 18 300 der Bodenklasse 3 – leicht lösbar – und Bodenklasse 4 – mittel-lösbar – zuzuordnen. Gemäß DIN ISO 14 688 sind sie den Bodengruppen SE, SU und UL zuzu-ordnen. Wegen der geringen Durchlässigkeit sind sie als Wasserstauer zu betrachten. Sandlöß ist sehr frostempfindlich. Geschiebelehm (Saale-Eiszeit, Elster-Eiszeit)
Beim Geschiebelehm, der sowohl an der Geländeoberfläche als auch unter geringer Sandbe-deckung auftritt, handelt es sich um weiche bis steife, vorwiegend aber um steife, kalkfreie, tonige Sand-Schluff-Gemenge geringer Durchlässigkeit mit unregelmäßigen Einschaltungen von Kiesen und größeren Steinen (Geschieben). Untergeordnet können innerhalb des Geschiebelehms auch reine Sand- und Kieseinschaltungen vorkommen. Sie können eine gewisse Wasserführung des Geschiebelehms bedingen. Durch natürliche Vorgänge umgelagerter Geschiebelehm wird als Fließerde bezeichnet. In den dem Geschiebelehm auflagernden Sanden kann, insbesondere in niederschlagsreichen Jah-reszeiten, Stauwasser auftreten. Der Geschiebelehm stellt bei steifer Konsistenz einen Baugrund von mittlerer Tragfähigkeit dar. Er muss jedoch als frostempfindlicher Boden angesprochen werden, der bei stärker sandiger Aus-
23
bildung bei Wasserzutritt und gleichzeitiger mechanisch-dynamischer Beanspruchung zu starken Strukturstörungen neigt. Die sehr sandige Fazies neigt unter dem Wasserspiegel zum Fließen. Abb. 27: Korngrößenverteilung Geschiebelehm
Geotechnische Kennwerte des Geschiebelehmes im Detail: Abb. 28: Porenanteil und Porenzahl des Geschiebelehmes im Verhältnis zum Wassergehalt
10
20
30
40
50
60
70
Kies
mittel
Sand
grob fein mittel grob fein
80
90
(%)
Ton
100
Schluff
fein mittel
6,30,063 0,630,0063 0,020,002 0,2 2 200,001 0,01 0,1 1 10
Korngröße (mm)
0
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Wassergehalt w (1)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Pore
nan t
eil
n (%
)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
Porenzahl e (1)
Porenanteil (%)Porenzahl (1)
n = 15,11 + 97,33 w
e = 0,091 + 2,23 w
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Wassergehalt w (1)
10
12
14
16
18
20
22
24
26
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Feuchtraumwichte (kN/m³)Trockenraumwichte (kN/m³)
Feuc
htra
umw
icht
e γ
( kN
/m3 )
Trockenraumw
ichte γd (kN/m
3)
γ = 24,15 - 18,39 w
γd = 23,40 - 31,84 w
24
Abb. 29: Feuchtraumwichte und Trockenraumwichte des Geschiebelehmes im Verhältnis zum Wassergehalt
Der statistische Zusammenhang ist für
den Porenanteil n = 15,11 + 97,33 w [%]
mit gemessenen Werten zwischen n = 20,7 und 51,4 % bei N = 386 und r = 0,83
sowie für die Porenzahl e = 0,09 + 2,23 w [1]
mit gemessenen Werten zwischen e = 0,205 und 1,059 bei N = 386 und r = 0,86 und für
die Feuchtraumwichte γ = 24,15 - 18,39 w [kN/m³]
mit gemessenen Werten zwischen γ = 19,34 und 23,0 [kN/m³] bei N = 105 und r = 0,73
sowie für die Trockenraumwichte γd = 23,40 – 31,84 w [kN/m³]
mit gemessenen Werten zwischen γd = 16,22 und 20,68 [kN/m³] bei N = 105 und r = 0,85.
Die undränierte Scherfestigkeit des Geschiebelehmes und des Geschiebemergels ist der folgenden
Graphik zu entnehmen:
Abb. 30: Undränierte Scherfestigkeit des Geschiebelehmes und des Geschiebemergels im Verhältnis zum Wassergehalt
Der statistische Zusammenhang ist für
die undränierte Scherfestigkeit des Geschiebelehmes cu = e 0,04 – 2,09 ln w [kN/m²]
mit gemessenen Werten zwischen cu = 14,5 und 116 kN/m² bei N = 12 und r = 0,71
sowie des Geschiebemergels cu = e 0,987 – 1,81 ln w [kN/m]
mit gemessenen Werten zwischen cu = 26 und 408 (708) kN/m² bei N = 156 und r = 0,43.
0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2
Wassergehalt w (1)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
undr
änie
rte S
cher
fest
igke
it cu
(kN
/m²)
Gl u. Gme, Ip <0.1 u. cu < 50GeschiebelehmGeschiebemergel
cu = e 0,04 - 2,09 ln w
cu = e 1,14 - 1,73 ln w
25
Die Plastizitätszahl im Verhältnis zur Konsistenzzahl und Fließgrenze sowie die undränierte
Scherfestigkeit im Verhältnis zu Konsistenzzahl bzw. Plastizitätszahl sind den entsprechenden
Diagrammen (Abb. 39 – 42) im Abschnitt „Geschiebemergel“ zu entnehmen.
Die spannungsbezogenen Steifemoduln werden im Abschnitt „Glaziale Beckensedimente“
(Abb. 50) dargestellt.
Nach DIN 18 300 sind Geschiebelehm und Fließerde in die Bodenklasse 4 - mittelschwer lösbare Bodenarten - einzustufen. Entsprechend der Bodenklassifizierung nach DIN ISO 14 688 sind sie den Bodengruppen SU bis ST zuzuordnen. Die geotechnischen Kennwerte in der Übersicht:
Kennwerte Geschiebelehm Feuchtraumwichte γ (kN/m³) 19 – 23
Trockenraumwichte γd (kN/m³) 16 – 21 Wassergehalt w (%) 8 - 39
Porenanteil n (%) 20 - 51 Reibungswinkel φ´(°) 22 - 41 ( 30,4) Kohäsion c´ (kN/m²) 0 - 30 (7,8)
Undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²) 10 - 120 Steifemodul E (MN/m²)
σ = 0,1 MN/m², w = 10% 12 σ = 0,1 MN/m², w = 20% 4,5 Durchlässigkeit k (m/s) 1,5E-8 bis 1,5E-10
Tab.4: Grenzwerte und kalkulatorische (..), geotechnische Kennwerte des Geschiebelehmes
Geschiebemergel (Saale-Eiszeit und Elster-Eiszeit)
Der Geschiebemergel bildet weithin das Liegende des Geschiebelehms. Er ist die weitgehend
noch unverwitterte Grundmoräne und weist - bedingt durch den Kalkgehalt - eine überwiegend
halbfeste Konsistenz auf. Er ist sehr wenig durchlässig. Seine Tragfähigkeit ist sehr gut. Im übri-
gen gelten die für den Geschiebelehm gemachten Aussagen entsprechend. Der saaleeiszeitliche
Geschiebemergel wird unterteilt in die Jüngere, Mittlere und Ältere Saalemoräne.
Die Jüngere Saalemoräne ist in Regel sehr sandig, ton- und kreidearm ausgebildet. Kalkgehalte
liegen zwischen 5 und 15%. Unterhalb des Grundwassers neigt sie zu Fließeigenschaften. Die
Mittlere Saalemoräne ist deutlich toniger, kalk- und kreidereicher und häufig sehr kompakt aus-
gebildet. Der Kalkgehalt liegt zwischen 8 und 26%.
26
Die Ältere Saalemoräne ist eher sandig und ton- und kreidearm. Der Kalkgehalt liegt zwischen
5 und 19%. Unter dem Grundwasserspiegel sind Fließeigenschaften nicht auszuschließen.
Unter Saalemoräne und Schmelzwassersanden können elsterzeitliche Grundmoränen anstehen.
Abb.31 – 34: Korngrößenverteilungen Geschiebemergel
Abb. 35 u. 36: Porenanteil, Porenzahl, Feuchtraumwichte u. Trockenraumwichte des Geschiebemergels im Verhältnis zum Wassergehalt
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 20
Jüngere Saalemoräne (Fuhlsbüttel)
0,001 0,01 0,1 1 10
Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
Mittlere Saalemoräne (Niendorf)
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 200,001 0,01 0,1 1 10
Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 20
Ältere Saalemoräne (Drenthe)
0,001 0,01 0,1 1 10
Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
Elstermöräne
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 200,001 0,01 0,1 1 10
Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Wassergehalt w (1)
10
12
14
16
18
20
22
24
26
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Feuchtraumwichte (kN/m³)Trockenraumwichte (kN/m³)
γd = 23,67 - 30,54 w
Feuc
htra
umw
icht
e γ
(kN
/m3 ) Trockenraum
wichte γd (kN
/m3)
γ = 24,44 -17,16 w
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Wassergehalt w (1)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Pore
nan t
eil
n (
%)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
Porenzahl e (1)
Porenanteil n (%)Porenzahl e (1)
n = 13,04 + 103,75 w
e = 0,079 + 2,19 w
10 15 20 25 30 35 40
Porenvolumen n (%)
1,0E-11
1,0E-10
1,0E-09
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
Dur
chlä
ssig
keits
koef
fi zie
nt k
(m/s
)
GeschiebelehmJüngere SaalemoräneMittlere SaalemoräneÄltere SaalemoräneElstermoräneGeschiebemergel, undifferenziert
27
Abb. 37: Durchlässigkeit des Geschiebelehmes und Geschiebemergels in Abhängigkeit vom Porenvolumen
Abb. 38: Undränierte Scherfestigkeit des Geschiebemergels im Verhältnis zum Wassergehalt
Abb. 39: Kalkgehalt des Geschiebemergels in Abhängigkeit vom Feinkornanteil
Die wichtigsten statistischen Zusammenhänge sind den Abb. 35 – 39 zu entnehmen. Weitere geotechnische Kriterien der wichtigsten bindigen Bodenarten werden in den folgenden Abbildungen zusammengefaßt:
10 20 30 40 50 60 70 80
Feinkorn (%)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Kal
kgeh
alt V
ca (%
)
Jüngere SaalemoräneMittler SaalemoräneÄltere SaalemoräneElstermoräne
Vca = 2,06 + 0,20 (% Feinkorn)Vca = 1,44+ 0,32 (% Feinkorn)Vca = -2,56 + 0,32 (% Feinkorn)Vca = 0,0037 + 0,15 (% Feinkorn)
0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2
Wassergehalt w (1)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
undr
änie
rte S
cher
fest
igk e
it cu
(kN
/m²)
Jüngere SaalemoräneMittlere SaalemoräneÄltere SaalemoräneElstermoräneGl u. Gme, Ip <0,1 u. cu <50
cu = e 1,896 - 1,294 ln w
cu = e 2,034 - 1,455 ln w
cu = e 1,946 - 1,383 ln w
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2
Konsistenzzahl Ic (1)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4SchlickTorfMuddeKlei/ Junger KleiGeschiebelehmGeschiebemergelGlimmertonBeckenschluffStaubeckenton
Ic = 0,25 - 0,5 sehr weich
Ip < 0,1 leicht plastisch
Ip = 0,1 - 0,25 mittel plastisch
Ip > 0,25 ausgeprägt plastisch
Ic = 0 - 0,25 breiig
Ic = 0,75 - 1,0steif
Ic >1,0halbfest
Ic = 0,5 - 0,75weich
Plas
tizitä
tsza
hl I p
(1)
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4
Fließgrenze w (1)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
Plas
tizitä
tsza
hl Ip
(1)
TorfMuddeKlei/ Junger KleiGeschiebelehmGeschiebemergelGlimmerschluff/-tonSchlickStaubeckentonBeckenschluff
L
TL
TM
TA
OT A - Lini
e Ip
= 0
,73 (w
- 0,
2)
L
OU
UMST
SU
28
Abb. 40: Plastizitätszahl und Konsistenzzahl Abb. 41: Plastizitätszahl und Fließgrenze
Abb. 42: Undränierte Scherfestigkeit im Verhältnis zur Konsistenzzahl
Abb. 43: Undränierte Scherfestigkeit im Verhältnis zur Plastizitätszahl
0,01 0,1
Spannung (MN/m²)
1
10
100
Stei
fem
odu l
W (
MN
/m²)
GT (W), w = 0,20GT (W), w = 0,30Gme (W), w = 0,10Gme (W), w = 0,15Gme (W9, w = 0,20
Geschiebemergel
Glimmerton
Wassergehalt
10%
15%20%
20%
30%
2 20 200
undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²)
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
11,11,21,31,41,51,61,71,81,9
2
SchlickTorf/MuddeKleiGeschiebelehmGeschiebemergelGlimmertonGl, Gme u. GT, Ip <0,1 u. cu <50
Ic=0,25-0,5sehr weich
Ic=0,5-0,75 weich
Ic = 1,0 - 1,25 halbfest
cu = 200 - 600 halbfest
cu = 60 - 200 steif
cu = 6 - 20 sehr weich
cu = 20 - 60 weich
Ic = >1,25fest
cu <6 breiig
Bezugsgerade nach Kiekbusch
Kon
sist
e nzz
ahl I
c (1)
Ic=0,75-1,0steif
Ic=0-0,25 breiig
2 20 200
undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2SchlickTorf/MuddeKleiGeschiebelehmGeschiebemergelGlimmertonGl, Gme u. GT, Ip <0,1 u. cu <50
Ip >0,25 ausgeprägt plastisch
Ip <0,1 leicht plastisch
Ip = 0,1 - 0,25 mittelplastisch
Plas
tizitä
tsza
hl I p
(1)
29
Abb. 44: Spannungsbezogene Steifemoduln W (Wiederbelastung) des Geschiebemergels und des Glimmertones für unterschiedliche Wassergehalte
In DIN 18 300 ist der Geschiebemergel in die Bodenklasse 4 - mittelschwer – und 5 – schwer lös-bare Bodenarten - einzustufen. Entsprechend der Bodenklassifizierung nach DIN ISO 14 688 sind sie den Bodengruppen SU bis ST zuzuordnen. Die geotechnischen Kennwerte des Geschiebemergels in der Übersicht in der Übersicht:
Kennwerte Geschiebemergel Feuchtraumwichte γ (kN/m³) 19 – 23,5
Trockenraumwichte γd (kN/m³) 15 – 21,5 Wassergehalt w (%) 7 – 34
Porenanteil n (%) 19 – 47 Reibungswinkel φ´(°) 22,7 – 42,5 (32,4) Kohäsion c´ (kN/m²) 0 - 40 (12,3) Reibungswinkel φ´(°) Jüngere Saalemoräne 29,5 – 40 (33,4) Kohäsion c´ (kN/m²) 0 – 39,3 (5,1) Reibungswinkel φ´(°) Mittlere Saalemoräne 27 – 39,5 (30,9) Kohäsion c´ (kN/m²) 0 – 46 (10,1) Reibungswinkel φ´(°) Ältere Saalemoräne 27 – 40 (32,8) Kohäsion c´ (kN/m²) 0 – 50 (7,2) Reibungswinkel φ´(°) Elstermoräne 28 – 39,5 (-) Kohäsion c´ (kN/m²) 32 – 63 (-)
Undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²)
26 – 410 (708)
Steifemodul W (MN/m²) σ = 0,2 MN/m², w = 10% 45 σ = 0,2 MN/m², w = 20% 30 Durchlässigkeit K (m/s) Jüngere Saalemoräne 5E-7 bis 3E-9
Mittlere Saalemoräne 3E-8 bis 2E-11 Ältere Saalemoräne 2E-9 bis 4E-11 Elstermoräne 1E-8 – 2E-8
Tab.5: Grenzwerte und kalkulatorische (..), geotechnische Kennwerte des Geschiebemergels
Glaziale Staubeckensedimente (Beckenschluff, Beckenton und Lauenburger Ton) und tertiärer Glimmerton Beckenschluffe und Beckentone sind Staubeckenablagerungen, die in ungestörter und in ge-
30
stauchter Lagerung auftreten können. Sie haben einen Kalkgehalt zwischen 4 und 33%. Bei ent-
sprechender Lagerung sind sie geologisch vorbelastet. Es handelt sich um bindige Böden, deren
Konsistenz seltener weich und häufiger steif ist. Nach der Kornzusammensetzung sind sie teils
als reiner Schluff, teils als toniger Schluff und teils auch als tonig-sandiger Schluff zu bezeichnen.
Abb. 45: Korngrößenverteilung Beckenschluff und Beckenton
Kennwerte Beckenschluff / Beckenton
Feuchtraumwichte � (kN/m³) 18,5 - 22 Trockenraumwichte �d (kN/m³) 14 - 19
Wassergehalt w (%) 12 - 53 Porenanteil n (%) 23 - 61
Reibungswinkel �´(°) 27 – 39,5 (31,4)/18,9 – 28,1 (18,2)Kohäsion c´ (kN/m²) 0 – 45 (4,3)/7,4 – 37,5 (7,5)
Undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²) 75 - 185 Steifemodul E (MN/m²)
� = 0,2 MN/m², w = 20% 10,5 � = 0,2 MN/m², w = 40% 6,5 Steifemodul W (MN/m²) � = 0,2 MN/m², w = 20% 25 � = 0,2 MN/m², w = 30% 15 Durchlässigkeit K (m/s) 1E-7 bis 6E-11
Tab. 6 : Grenzwerte und kalkulatorische (..), geotechnische Kennwerte des Beckenschluffes / Beckentones
Beckenschluff/-ton ist gering durchlässig, verformungsempfindlich und als sandigere Fazies auch
frostempfindlich. Bei Wasserzutritt und gleichzeitiger mechanisch-dynamischer Beanspruchung
neigt er zu Strukturstörungen. Bei setzungsempfindlichen Bauwerken sind in der Regel zusätzli-
mittel
20
100
Korngröße (mm)
0,00630,0020,0010
10
20
30
40
50
60
70
80
90
(%)
Ton
fein
6,30,063 0,630,02 0,2 20,01 0,1 10
KiesSandSchluff
mittel grob fein mittel grob fein
1
31
che konstruktive Maßnahmen erforderlich. Der Beckenschluff/Beckenton ist nach DIN
18 300 der Bodenklasse 4 - mittelschwer lösbare Bodenarten - und die sandigere Fazies bei ho-
hem Wassergehalt unter Umständen der Bodenklasse 2 - fließende Bodenarten - zuzuordnen. Ge-
mäß DIN ISO 14 688 sind diese Böden den Bodengruppen UL bis TA zuzurechnen.
Lauenburger Ton
Der Lauenburger Ton gehört wie der Beckenschluff/-ton zu den glazialen Beckensedimenten. Er ist jedoch häufiger tonig-schluffig ausgebildet und hat geringere Kalkgehalte (3 - 10%). Die Kon-sistenz ist eher steif. Das Verformungsverhalten ist dem der Beckenschluffe und Beckentone ver-gleichbar. Der Lauenburger Ton ist überwiegend geologisch vorbelastet.
Abb. 46: Korngrößenverteilung Lauenburger Ton
Kennwerte Lauenburger Ton Feuchtraumwichte γ (kN/m³) 17,5 - 20
Trockenraumwichte γd (kN/m³) 12 - 16 Wassergehalt w (%) 12 - 47
Porenanteil n (%) 26 - 60 Reibungswinkel φ´(°) 12 – 26,5 (13,6) Kohäsion c´ (kN/m²) 20 - 55 (30)
Undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²) 30 - 320 Steifemodul E (MN/m²)
σ = 0,2 MN/m², w = 20% 8,5 σ = 0,2 MN/m², w = 40% 5 Steifemodul W (MN/m²) σ = 0,2 MN/m², w = 20% 20
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 2010,001 0,01 0,1 10
Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
32
σ = 0,2 MN/m², w = 30% 9 Durchlässigkeit K (m/s) 2E-10 bis 2E-11
Tab.7: Grenzwerte und Kalkulatorische (..), geotechnische Kennwerte des Lauenburger Tones
Lauenburger Ton ist nach DIN 18 300 der Bodenklasse 4 - mittelschwer lösbare Bodenarten - und gemäß DIN ISO 14688 den Bodengruppen TL bis TA zuzurechnen.
Glimmerton
Der Glimmerton ist als tertiäre Ablagerung generell als geologisch vorbelastet zu betrachten. Er ist häufig stärker tonig-schluffig ausgebildet als die glazialen Schluffe und Tone. Es ist mittel- bis ausgeprägt plastisch bei überwiegend halbfester Konsistenz. Der Kalkgehalt liegt zwischen kalk-frei und 20%. Glimmerton ist nach DIN 18300 der Bodenklasse 5 - schwer lösbare Bodenarten - zu zuordnen. Gemäß DIN ISO 14688 gehört der Glimmerton zur Bodengruppe UM bis TA.
Abb. 47 Korngrößenverteilung Glimmerton und Glimmerschluff
Kennwerte Glimmerton und Glimmerschluff
Feuchtraumwichte γ (kN/m³) 17,5 – 22,5 Trockenraumwichte γd (kN/m³) 12,5 - 19,5
Wassergehalt w (%) 12 - 38 Porenanteil n (%) 28 - 53
Reibungswinkel φ´(°) 13 - 39 (24,3) Kohäsion c´ (kN/m²) 0 - 90 (27,6)
Undränierte Scherfestigkeit cu (kN/m²) 10 - 750 Steifemodul W (MN/m²) σ = 0,2 MN/m², w = 20% 22
6,30,063 0,630,0063
(%)
KiesSandSchluffTon
fein mittel grob fein mittel grob mittelfein
0,020,002 0,2 2 200,001 0,01 0,1 1 10Korngröße (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
33
σ = 0,2 MN/m², w = 30% 15 Durchlässigkeit K (m/s) 1,0E-8 bis 4E-12
Tab.8: Grenzwerte und Kalkulatorische (..), geotechnische Kennwerte des Glimmertones und Glimmerschluffes
Geotechnische Kennwerte der glazialen Staubeckensedimente und des tertiären Glimmer-
tones in der Übersicht:
Abb. 48: Porenanteil und Porenzahl der glazialen Staubeckensedimente und des tertiären Glimmertones (links)
Abb. 49: Feuchtraumwichte und Trockenraumwichte der glazialen Staubeckensedimente und des tertiären Glimmertones (rechts)
Abb. 50: Undränierte Scherfestigkeit der glazialen Staubeckensedimente und des tertiären Glimmertones (links)
Abb. 51: Durchlässigkeit der Staubeckensedimente in Abhängigkeit vom Porenvolumen (rechts)
Der statistische Zusammenhang dieser geotechnischen Kennwerte ist den Abb. 48 – 50 zu ent-
nehmen.
Die Kennwerte „Plastizität – Konsistenz“bzw. „Fließgrenze“, „undränierte Scherfestigkeit -
Konsistenz“ bzw. „Plastizität“ werden dagegen im Kapitel „Geschiebemergel“ (Abb. 40 – 43)
mit dargestellt.
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6
Wassergehalt w (1)
05
101520253035404550556065707580859095
100
Pore
nant
eil n
(%)
00,20,40,60,811,21,41,61,822,22,42,62,833,23,43,63,84
Porenzahl e (1)
Alle Sedimente (n) Alle Sedimente (e)Lauenburger Ton (n) Lauenburger Ton (e)Glimmerton (n) Glimmerton (e)Beckenschluff und Beckenton (n) Beckenschluff und Beckenton (e) Beckensand (n) Beckensand (e)
n = 18,80 + 85,90 w
e = 0,0355 + 2,65 w
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6
Wassergehalt w (1)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Alle Sedimente Alle Sedimente Lauenburger Ton Lauenburger TonGlimmerton GlimmertonBeckenschluff und Beckenton Beckenschluff und Beckenton Beckensande BeckensandeFe
ucht
raum
wic
hte
γ (k
N/m
3 )
Trockenraumw
ichte γd (kN/m
3)γ γd
γγ
γ
γdγd
γd
γdγ
γ = 23,24 - 13,41 w
γd = 21,69 - 22,61
0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
Wassergehalt w (1)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
undr
ä nie
rte S
cher
fest
igke
it cu
(kN
/m²)
Alle WerteLauenburger TonBeckenschluff und BeckentonGlimmertonLauenburger Ton und GlimmertonGlimmerschluff (Ton <20%)
cu = e 1,94 - 1,91 ln w
cu = e 3,94 - 0,51 ln w
cu = e 1,24 - 2,39 ln w
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Porenvolumen n (%)
1,0E-12
1,0E-11
1,0E-10
1,0E-09
1,0E-08
1,0E-07
1,0E-06
Dur
c hlä
ssig
keits
k oef
fizie
nt k
( m/s
)
Lauenburger TonGlimmertonBeckenschluff und Beckenton
34
Die Erstbelastungssteifemoduln für den geologisch nicht vorbelasteten Beckenschluff/-ton, den
Geschiebelehm und den Lauenburger Ton ergeben sich gemäß Abb. 52
Abb. 52: Spannungsbezogener Steifemodul E (Erstbelastung) des Geschiebelehmes und der Staubeckensedimente
Beckenschluff/ -ton und Lauenburger Ton für unterschiedliche Wassergehalte
und die Wiederbelastungssteifemoduln für die geologisch vorbelasteten Staubeckentone Be-
ckenschluff/-ton und Lauenburger Ton gemäß Abb. 53:
Abb. 53: Spannungsbezogener Steifemodul W (Wiederbelastung) der Staubeckensedimente Beckenschluff/ -ton
und Lauenburger Ton für unterschiedliche Wassergehalte
0,01 0,1
Spannung (MN/m²)
0,1
1
10
100
GL, w = 0,10GL, w = 0,15GL, w = 0,20 GL, w = 0,30BS, w = 0,2BS, w = 0,3Bs, w = 0,4 LT, w = 0,2 LT, w = 0,3LT, w = 0,4
Wassergehalt
10%
20%
30%
15%
Geschiebelehm
Beckenschluff, Beckenton
Lauenburger Ton
20%
30%40%
20%
30%
40%St
eife
mod
ul E
(MN
/m2 )
0,01 0,1
Spannung (MN/m²)
0,1
1
10
100
Stei
fem
odul
W (
MN
/m²)
BU, BT (W), w = 0,20BU, BT (W), w = 0,25BU, BT (W) w = 0,30LT (W), w = 0,20LT (W) w = 0,30LT (W) w = 0,40
Beckenschluff, Beckenton
Lauenburger Ton
Wassergehalt
20%
30%20%
30%40%
25%
35
Der Wiederbelastungsmodul W für den Glimmerton wurde in Abb. 44 zusammen dem Geschie-
bemergel dargestellt.
Eignung bindiger Böden als Dichtungsmaterial (ausgewählte Beispiele)
Klei
Ton = 16%, Schluff = 63%, Sand = 21%; Wassergehalt w = 26,9%, Glühverlust = 5,8%,
Proctordichte γdmax. = 17,6 kN/m³ beim optimalen Wassergehalt wopt. = 9%,
Ausrollgrenze wp = 23%, Fließgrenze wL = 43%, Plastizität IP = 20%,
Schrumpfgrenze ws = 4,5%, Schrumpfmaß S = 3%,
undränierte Scherfestigkeit cu bei 97% Proctordichte = 104 kN/m²,
Durchlässigkeit kmax. = 2,5E-8 m/s bei γd = 17,3 kN/m³ und w = 5,8%
Durchlässigkeit kmin. = 3,4E-10 m/s bei γd = 17,6 kN/m³ und w = 10,5%
Einbaubereich: w = 7 – 14% mit γd ≥17,1 kN/m³ ≥95% Proctordichte, dann ist k ≤1E-9 m/s
Der Klei ist wegen der Trockenschrumpfung (bei w = 5% ist k = 7E-7 m/s) nur bei Einbaumäch-
tigkeiten von ≥1,5 m als Dichtungsmaterial geeignet. Er sollte Gehalte von Ton = 10 - 20%,
Schluff = 45 - 55%, Sand = 30 – 40% aufweisen.
Geschiebelehm
Ton = 5%, Schluff = 21%, Sand = 74%; Wassergehalt w = 14,2%, Trockenraumwichte
γd = 18,78 kN/m³ bei natürlicher Lagerung
Proctordichte γdmax. = 19,3 kN/m³ beim optimalen Wassergehalt wopt. = 11%,
Durchlässigkeit kmax. = 1,01E-7 m/s bei γd = 18 kN/m³ und w = 5%
Durchlässigkeit kmin. = 3,5E-9 m/s bei γd = 19,2 kN/m³ und w = 12,8%
Einbaubereich: w = 11 – 14% mit γd ≥18,8 kN/m³ ≥95% Proctordichte, dann ist k ≤8E-9 m/s
Der Geschiebelehm ist bei Tongehalten >10% als Dichtungsmaterial gut geeignet.
Geschiebemergel
Ton = 17,5%, Schluff = 25,5%, Sand = 57%; Wassergehalt w = 15,1%, Trockenraumwichte
γd = 18,89 kN/m³ bei natürlicher Lagerung
Proctordichte γdmax. = 18,2 kN/m³ beim optimalen Wassergehalt wopt. = 13%,
Durchlässigkeit kmax. = 1,63E-7 m/s bei γd = 16,75 kN/m³ und w = 7%
36
Durchlässigkeit kmin. = 2,8E-10 m/s bei γd = 18,2 kN/m³ und w = 14,4%
Einbaubereich: w = 11 – 18% mit γd ≥17,8 kN/m³ ≥95% Proctordichte, dann ist k ≤1E-9 m/s
Der Geschiebemergel ist bei Tongehalten >10% als Dichtungsmaterial gut geeignet.
Glimmerton
Ton = 22,5%, Schluff = 67,5%, Sand = 10%; Wassergehalt w = 15,1%, Glühverlust = 6,5%,
Proctordichte γdmax. = 16,7 kN/m³ beim optimalen Wassergehalt wopt. = 18,3%,
Ausrollgrenze wp = 18,2%, Fließgrenze wL = 44,5%, Plastizität IP = 26,3%,
Schrumpfgrenze ws = 10%, Schrumpfmaß S = 12%,
undränierte Scherfestigkeit cu bei 97% Proctordichte = 80 kN/m²,
Durchlässigkeit kmax. = 3,5E-8 m/s bei γd = 15,9 kN/m³ und w = 15%
Durchlässigkeit kmin. = 5E-10 m/s bei γd = 16,5 kN/m³ und w = 17,5%
Einbaubereich: w = 17 – 21% mit γd ≥16,2 kN/m³ ≥95% Proctordichte, dann ist k ≤5E-10 m/s
Der Glimmerton ist bei Gehalten an Ton = 10 – 20%, Schluff = 45 - 55%, und Sand = 30 – 40%.
Als Dichtungsmaterial bedingt geeignet Die Durchlässigkeit erhöht sich bei Trockenschrumpfung
sehr stark (w = 10%, k = 3,5E-6 m/s). Es wird eine Einbaumächtigkeit von ≥1,5 m erforderlich.
Abb. 54: Eignung bindiger Böden als Dichtungsmaterialien
Generelle Einbauhinweise
Einbau in den angegebenen Grenzen, Verdichtung mit einer Schaffußwalze in 5 – 10 Arbeitsgän-
gen bis zum „walk out“.
Damit sind die wesentlichen geotechnischen Kennwerte der bindigen Bodenarten des
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Fließgrenze w (1)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Plas
tizitä
tsz a
hl Ip
(1)
KleiGeschiebemergel
Eignungsprüfung Deichbaumaterial
L
TL TM TA
OT
9 2
5
4 1
76
3
8
ULUM
OU
A - Linie Ip = 0,73 (w L - 0,2)
Generelle Eignung
37
Hamburger Raumes ausreichend - allerdings mit unterschiedlicher statistischer Sicherheit -
beschrieben und stehen zur Lösung fast aller geotechnischen Fragestellungen zur Verfü-
gung.
Fluviatile Sedimente des Holozäns und des Pleistozäns
Holozäne Verschwemmungsablagerungen finden sich in den zum Elbtal offenen Tälern. Diese
Sande sind vorwiegend fein- bis mittelkörnig, in der Regel eng gestuft und weisen eine lockere
bis mitteldichte Lagerung auf. Im Elbtal stehen zunächst holozäne, überwiegend eng gestufte
Sande und zur Tiefe hin pleistozäne, überwiegend weit bis intermittierend gestufte Sande an.
Kennwerte Sande, eng gestuft Trockenraumwichte γd (kN/m³), lockerste Lagerung 12,2 – 17,2 Trockenraumwichte γd (kN/m³), dichteste Lagerung 15,6 – 20,6
Porenanteil n (%), lockerste Lagerung 34 - 54 Porenanteil n (%), dichteste Lagerung 23 - 41
Durchlässigkeit K (m/s), lockerste Lagerung 2E-3 bis 1,5E-5 Durchlässigkeit K (m/s), dichteste Lagerung 7E-4 bis 3E-6
Tab.9: Geotechnische Kennwerte eng gestufter Sande
Diese Durchlässigkeitbeiwerte gelten für Sande mit Schluffanteilen <10%. Höhere Schluffanteile
(z.B. 10 bis 20%) reduzieren die Durchlässigkeit z.B. von 1,5E-5 auf 2E-6 m/s bei lockerster La-
gerung und von 3E-6 auf 1,5E-7 m/s bei dichtester Lagerung.
Die Sande sind nach DIN 18 300 in die Bodenklasse 3 - leicht lösbare Bodenarten - einzustufen.
Nach DIN ISO 14 688 sind sie überwiegend der Bodengruppe SE, gelegentlich SW und SI zuzu-
ordnen.
Die nicht frostempfindlichen Sande haben in Abhängigkeit von der Lagerungsdichte eine mittlere
bis gute Tragfähigkeit.
Glazifluviatile Sedimente der Saaleeiszeit und der Elstereiszeit
Die Schmelzwassersande und -kiese der Saale- und Elstereiszeit sind weit verbreitet. Sie sind eng,
weit und intermittierend gestuft und weisen damit eine unterschiedlich große Ungleichförmigkeit
38
auf. An ihrer Zusammensetzung haben meist Fein-, Mittel- und Grobsand sowie zum Teil
auch Kies- und Steinbeimengungen Anteil. Gelegentlich können innerhalb dieser Sande jedoch
auch schluffige Beimengungen vorkommen.
In der Regel liegen die eiszeitlichen Sande, abgesehen von der lockeren oberen Bodenzone, in
mitteldichter bis dichter Lagerung vor. Gelegentlich tritt aber auch mehrere Meter mächtiger Sand
in lockerer Lagerung auf.
In diesen Sanden treten deutliche Schichtstrukturen auf.
Kennwerte Sande, weit bis intermittierend gestuft
Trockenraumwichte γd (kN/m³), lockerste Lagerung 15,8 – 19,3 Trockenraumwichte γd (kN/m³), dichteste Lagerung 19,4 – 22,3
Porenanteil n (%), lockerste Lagerung 27 - 40 Porenanteil n (%), dichteste Lagerung 16 - 27
Durchlässigkeit K (m/s), lockerste Lagerung 3E-3 bis 6E-5 Durchlässigkeit K (m/s), dichteste Lagerung 2E-3 bis 7E-6
Tab.10: Geotechnische Kennwerte weit bis intermittierend gestufter Sande
Diese Durchlässigkeitbeiwerte gelten für Sande mit Schluffanteilen <10%. Höhere Schluffanteile
(z.B. 10 bis 20%) reduzieren die Durchlässigkeit z.B. von 6E-5 auf 2E-6 m/s bei lockerster Lage-
rung und von 7E-6 auf 1,5E-7 m/s bei dichtester Lagerung.
Die locker bis dicht gelagerten Sande sind nach DIN 18 300 in die Bodenklasse 3 - leicht lösbare
Bodenarten - einzustufen. Nach DIN ISO 14 688 sind die Sande überwiegend den Bodengruppen
SE, SW und SI zuzuordnen. Hohe Kies- oder Steinanteile können gelegentlich auch die Zuord-
nung GW bedingen. Steine und Blöcke sind im Grundbau und Tiefbau häufig Arbeitshindernisse.
Die Sande stellen einen gut tragfähigen Baugrund dar.
Geotechnische Kennwerte der fluviatilen und der glazifluviatilen Sande in der Übersicht:
Raumwichten, Porenanteile, Porenzahlen und Durchlässigkeitskoeffizienten nicht bindiger
Böden sind abhängig vom häufigsten Korndurchmesser d50 und vom Sortierungskoeffizienten
39
25
75d
dSo = ,
der wie folgt definiert wird: So <1,4 sehr gut bis gut sortiert,
So = 1,4 – 2,0 mittel bis schlecht sortiert
So >2,0 schlecht sortiert.
Aus der Raumwichte V
mdd =γ (kN/m³),
dem Porenanteil s
d1nγγ
−= (%),
und der Porenzahl 1n1
ned
s −γγ
=−
= (1)
ergibt sich die Lagerungsdichte dd
dd
.min.max.min
n.minn.maxnn.maxD
γ−γγ−γ
=−
−=
bzw. die bezogene Lagerungsdichte D.maxe.mine.max
ee.maxId
dd ⋅
γγ
=−
−=
mit Id ≤ 0,20 sehr locker
= 0,20 – 0,40 locker
= 0,40 – 0.60 mitteldicht
= 0,60 – 0,80 dicht
= 0,80 – 1,00 sehr dicht
Die Ermittlung der Lagerungsdichte Id kann auch mit den Spitzendruckwerten qc erfolgen ge-
mäß der verbesserten Ausgleichsgeraden nach DIN 14 688 der folgenden Abbildung bzw.Tabelle:
3 30
Spitzenwiderstand qc (MN/m²)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Bez
o gen
e La
geru
ngsd
ich t
e Id
5 10 20157,5 25
Id = -0,053 + 0,653 log qc (U<6)
Id = -0,113 + 0,653 log qc (U>6)
40
Abb. 55 : Bezogene Lagerungsdichte Id aus dem Spitzenwiederstand qc
qc Id Bewertung nach DIN 14688
>2,5 <0,2 sehr locker
2,5 – 5 0,2 – 0,4 locker
5 – 10 0,4 – 0 6 mitteldicht
10 – 20 0,6 – 0,8 dicht
>20 >0,8 sehr dicht
Der statistische Zusammenhang der Trockenraumwichten bei lockerster und dichtester Lage-
rung für Sande mit weniger als 10% Schluff ergibt sich dann wie folgt:
Trockenraumwichte (lockerste Lagerung,) 16,818,23dln
0
50
e+
=γ [kN/m³], N = 121, r = 0,60
Trockenraumwichte (dichteste Lagerung, So <2) 28,905,28dln
d
50
e+
=γ [kN/m³], N = 125, r = 0,61
Abb. 56: Trockenraumwichte von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei lockerster Lagerung
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200,01
0,1
1
10
Häu
figst
er K
ornd
u rch
mes
ser d
50 (m
m)
Sortierungskoeffizient So < 2Sortierungskoeffizient So > 2
Trockenraumwichte γd (kN/m3)
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 230,01
0,1
1
10
Häu
figs t
er K
ornd
u rch
mes
ser d
50 (m
m)
Sortierungskoeffizient So <2Sortierungskoeffizient So > 2
Trockenraumwichte γd (kN/m3)
41
Abb. 57: Trockenraumwichte von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei dichtester Lagerung Die folgende Abbildung bietet einen Überblick auf die Raumwichten von Sanden mit weniger als
10% Schluff bei natürlicher Lagerung im Verhältnis zu den Ausgangswassergehalten:
Abb. 58: Raumwichten von Sanden in natürlicher Lagerung in Abhängigkeit vom Wassergehalt
Der statistische Zusammenhang von Porenanteil und Porenzahl bei lockerster und dichtester
Lagerung für Sande mit weniger als 10% Schluff ergibt sich dann wie folgt:
Porenanteil (lockerste Lagerung) 39,5151,19dln 50
en −−
= [%], N = 129, r = 0,59
Porenanteil (dichteste Lagerung) 41,3548,10dln 50
en −−
= [%], N = 125, r = 0,59
Porenzahl (lockerste Lagerung) 186,3984,1dln 50
ee −+
= [1], N = 129, r = 0,53
Porenzahl (dichteste Lagerung) 587,220,3dln 50
ee −+
= [1], N = 126, r = 0,57 Abb. 59: Porenanteil von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei lockerster Lagerung
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Wassergehalt w (1)
14
16
18
20
22
14
16
18
20
22
Feuchtraumwichte (kN/m³)Trockenraumwichte (kN/m³)dicht bis sehr dicht, D > 0,5mitteldicht, D = 0,3 - 0,5sehr locker bis locker, D < 0,3
Feuchtraumw
ichte γ (kN/m
3)Tr
ock e
n rau
mw
ich t
e γ d
(kN
/m3 )
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Porenanteil n (%)
0,01
0,1
1
10
Häu
figst
er K
ornd
u rch
mes
ser d
50 (m
m)
Sortierungskoeffizient So < 2Sortierungskoeffizient So > 2
42
Abb. 60: Porenanteil von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei dichtester Lagerung
Abb. 61: Porenzahl von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei lockerster Lagerung
Abb. 62: Porenzahl von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei dichtester Lagerung
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Porenanteil n (%)
0,01
0,1
1
10
Häu
fi gst
er K
orn d
urch
mes
ser d
50 (m
m)
Sortierungskoeffizient So < 2Sortierungskoeffizient So > 2
0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7
Porenzahl e (1)
0,01
0,1
1
10
Häu
figst
er K
ornd
urch
mes
ser d
50 (m
m)
Sortierungskoeffizient So < 2Sortierungskoeffizient So > 2
0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2
Porenzahl e (1)
0,01
0,1
1
10
Häu
f igst
er K
orn d
urch
mes
ser d
50 (m
m)
Sortierungskoeffizient So < 2Sortierungskoeffizient So > 2
43
Der hydraulisch nutzbare Porenanteil der Sande (Schluffanteile <4%) bei lockerster und dich-
tester Lagerung ergibt sich nach Beyer aus dem effektiven Porenanteil und der Durchlässigkeit
gemäß n0 = s0 . n und s0 = f (k) und n0 = f (Id). So ermittelte Werte werden in den folgenden Ab-
bildungen dargestellt:
Abb. 63: Porenanteil und hydraulisch nutzbarer Porenanteil der Sande bei lockerster Lagerung im Verhältnis zur
Durchlässigkeit
Abb. 64: Porenanteil und hydraulisch nutzbarer Porenanteil der Sande bei dichtester Lagerung im Verhältnis zur
Durchlässigkeit
Der Porendurchmesser dp ergibt sich aus der Korngrößenanalyse der Sande mit dem Ungleich-
förmigkeitsbeiwert U = d60 / d10 und Parameter d17 gemäß
17
6 dU535,0dp ⋅⋅=
1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02
Durchlässigkeitsbeiwert k (m/s)
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Pore
nant
eil n
(%)
20
25
30
35
40
45
50
55
60
PorenanteilNutzbarer Porenanteil
Nutz ba re r P o re na nt eil n
0 (%)
1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02
Durchlässigkeitsbeiwert k (m/s)
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Pore
n ant
eil n
(%)
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
PorenanteilNutzbarer Porenanteil
Nutz b ar er Po re na n tei l n
0 (%)
44
Der statistische Zusammenhang der Durchlässigkeitsbeiwerte bei lockerster und dichtester
Lagerung für Sande mit weniger als 10% Schluff ergibt sich dann wie folgt:
Durchlässigkeitsbeiwert (lockerste Lagerung, So <1,4) 337,037,1dln
0
50
ek−
= [1], N = 109, r = 0,82
Durchlässigkeitsbeiwert (lockerste Lagerung, So = 1,4 - 2) 40,0499,2dln
0
50
ek−
= [1], N = 73, r = 0,78
Durchlässigkeitsbeiwert (lockerste Lagerung, So >2) 144,182,8dln
0
50
ek−
= [1], N = 47, r = 0,85
Durchlässigkeitsbeiwert (dichteste Lagerung, So <1,4) 325,064,1dln
d
50
ek−
= [1], N = 108, r = 0,87
Durchlässigkeitsbeiwert (dichteste Lagerung, So = 1,4 - 2) 267,0789,1dln
d
50
ek−
= [1], N = 78, r = 0,63
Durchlässigkeitsbeiwert (dichteste Lagerung, So >2) 34,135,12dln
d
50
ek−
= [1], N = 46, r = 0,91
Abb. 65: Durchlässigkeitsbeiwerte von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei lockerster Lagerung
Abb. 66: Durchlässigkeitsbeiwerte von Sanden mit <10% Schluffanteilen bei dichtester Lagerung
1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02
Durchlässigkeitsbeiwert k (m/s)
0,01
0,1
1
10
Häu
figst
er K
ornd
urch
mes
ser d
50 (m
m)
Sortierungskoeffizient So < 1,4Sortierungskoeffizient So = 1,4 - 2,0Sortierungskoeffizient So >2,0
1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02
Durchlässigsbeiwert k (m/s)
0,01
0,1
1
10
Häu
figst
er K
ornd
urch
mes
ser d
5 0 (m
m)
Sortierungskoeffizient So < 1,4Sortierungskoeffizient So = 1,4 - 2Sortierungskoeffizient So > 2
45
Die Durchlässigkeitsbeiwerte wurden bei der Versuchstemperatur ±20° ermittelt und gemäß
tHA
LQk⋅⋅
⋅= [m/s]
in den Abbildungen dargestellt.
Sie können nach DIN 18 130 mit der Temperaturkorrektur(T = Wassertemperatur beim Versuch)
auf die jeweilige Gebrauchstemperatur umgerechnet werden.
TTr kkT00022,0T0337,01
359,1k ⋅α=⋅⋅+⋅+
=
Die horizontale Durchlässigkeit ist bei geschichteten Böden in der Regel größer als die vertikale
Durchlässigkeit. Sie werden nach folgenden Gleichungen ermittelt:
( )∑=
⋅=n
1iihi
.ges.hges mk
h1k und
∑=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
n
1i vi
i
.ges.vges
km
mk
Das Verhältnis 1kk vh > wird als Anisotropie der Durchlässigkeit bezeichnet.
An Hand ungestörter Proben aus ungeschichteten und geschichteten Sanden wurden folgende
Anisotropiewerte ermittelt:
Abb. 67:Durchlässigkeit von Sanden und bindigen Böden bei natürlicher Lagerung in horizontaler und vertikaler Richtung
1,00E-08 1,00E-07 1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02Durchlässigkeit k (m/s) in horizontaler Richtung
1,000E-09
1,000E-08
1,000E-07
1,000E-06
1,000E-05
1,000E-04
1,000E-03
Dur
chlä
ssig
keit
k (m
/s) i
n ve
rtika
ler R
icht
ung
Durchlässigkeit H/V nichtbindiger BödenDurchlässigkeit H/V geschichteter bindiger BödenDurchlässigkeit H/V ungeschichteter bindiger Böden
H/V = 1H/V = 2
H/V = 5H/V = 10
H/V = 100
H/V = 1000
2 cm dickes Schluffbandin Strömungsrichtung
46
Schluffanteile, aber auch Kiesanteile beeinflussen die Durchlässigkeit erheblich. Dieses zu
verdeutlichen, werden Diagramme für Durchlässigkeiten in Abhängigkeit von der Lagerungsdich-
te, den Kiesanteilen 0 bis 20% und den Schluffanteilen 0 bis 20% dargestellt.
Abb. 68: Durchlässigkeitsbeiwerte für Sand–Kies–Schluff–Gemische bei lockerster Lagerung
Abb. 69: Durchlässigkeitsbeiwerte für Sand–Kies–Schluff–Gemische bei dichtester Lagerung
0 5 10 15 20
Kiesgehalt (%)
1E-08
1E-07
1E-06
1E-05
1E-04
1E-03
1E-02
Dur
chlä
ssig
keits
beiw
e rt k
(m/s
)
0% U 2% U, i=10 2% U, i=505% U, i=10 5% U, i=50 10% U, i=10 10% U, i=50 15% U, i=10 15% U, i=5020% U, i=10 20% U, i=50
0 5 10 15 20
Kiesgehalt (%)
1,00E-08
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
Dur
chlä
ssig
kei ts
beiw
ert k
(m/s
)
0% U 2% U, i=10 2% U, i=505% U, i=10 5% U, i=50 10% U, i=10 10% U, i=50 15% U, i=10 15% U, i=5020% U, i=10 20% U, i=50
47
Mit dem folgenden Geologischen Profil soll die mögliche, ausgeprägte Varianz der geotechni-
schen Eigenheiten der wichtigsten Hamburger Böden dargestellt werden.
Abschließend wird eine tabellarische Zusammenfassung der Scherfestigkeiten der bindigen Bo-
denarten dargestellt.
Projekt:
Bohrung:Auftraggeber:Bohrfirma:
Bearbeiter:
Datum:
SE 5Ruider und Fütterer
Kausch
4.8.1995
Transportsiel Altona, III. BA.
B2/95
3,70
5,60
16,30
17,30
20,90
26,10
32,40
34,20
S+A0,20S+A, u, h0,90Lg+S, u'1,40
Lg+S, u¯3,89S4,20
S, u5,40Mg+S, u¯6,00S, u, x6,70
Mg+S, u¯9,00
Mg+S, u¯12,00
Mg+S, u13,00
Mg+S, u'18,00S18,10Mg+S, u'19,00
Mg+S, u21,60
U+T23,00U, t'23,40U+T24,00
U+T28,40
Mg+S, u¯32,40fS, u¯33,10
U, t'34,20
S, u'36,00
Höhenmaßstab: 1:200
m u. GOK (NN 34,02) 2/95
0,01,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
31,0
32,0
33,0
34,0
35,0
36,0
0,185
0,194
0,193
0,105
0,187
0,1490,140
0,1380,1360,146
0,1240,129
0,135
0,1220,1180,112
0,1080,1200,116
0,1100,125
0,1190,1290,1250,1110,1530,165
0,124
0,1240,1240,126
0,125
0,131
0,126
0,143
0,122
0,2170,223
0,277
0,286
0,3040,283
0,3080,291
0,308
0,221
0,3340,1490,115
0,128
0,117
0,106
0,104
0,186
0,197
0,207
0,248
w
10,5
0,0
14,012,012,0
13,07,07,06,57,05,06,58,06,0
10,0
6,010,58,55,0
26,029,010,526,011,010,0
0,0
0,0
6,5
6,0
3,0
T
11,5
6,0
26,024,021,0
23,023,018,518,513,013,519,522,019,021,5
21,520,017,525,0
71,067,088,068,087,090,0
10,0
2,5
28,0
18,0
18,0
U
78,0
94,0
59,062,064,5
60,568,572,574,078,075,070,568,572,066,5
69,567,570,568,0
3,04,01,54,02,00,0
88,5
92,5
64,5
76,5
79,0
S
0,0
0,0
1,02,02,5
3,51,52,01,02,07,02,52,03,02,0
3,02,03,52,0
0,00,00,00,00,00,0
1,5
5,0
1,0
0,0
0,0
G
Schacht Philosophenweg
104135119
7862.537.5262641
4126
88.567
40.5
137144120
6891
cu
4600,000
1,3301,0302,5804,9703,530
1,900
0,2500,0803,5800,190
12,30011,100
106000,000
K
Wechselfolge Sand - Geschiebelehm
Geschiebemergel, stark fließgefährdet
Wechselfolge Sand - Beckenschluff
Wechselfolge Sand - Geschiebemergel
(1) (%) (kN/m²)
Lg
S
S
S, u
S, u
S, u
S, u
Scherflächen, horizontal u. vertikal,
Scherfläche, sandgefüllt
durch Fe - Mn -Ausfällungen verkittet
(E-9 m/s)
Bodenart Scherfestigkeit bindiger Bodenarten (5%-Fraktile)
konsolidiert (D) konsolidiert - undräniert (CU)
Mittelwerte Grenzwerte Grundwerte Mittelwerte Grenzwerte Grundwerte
φ' (°) c' (kN/m²)
φ' (°) c' (kN/m²)
φ' (°) c' (kN/m²)
φcu (°) ccu (kN/m²)
φcu (°) ccu (kN/m²)
φcu (°) ccu (kN/m²)
Weichschichten (qh) 26,9 9 16-39,6 0-20 25,4 7,2 18,6 17,5 8,5-30,5 2,5-40 17,6 15,1
Mudden und Torfe (qh) 22,4 5,7 16-31 2-12 18,9 3,3 16,9 18,2 8,5-24 5-32 15,1 15,1
Mudden und Torfe (qee) 31 15,3 23-34,5 10-19 27 11,7 20,9 19,4 17-30,5 6-40 18,4 13,7
Klei 27,3 8,6 19-39,6 0-20 25,8 6,1 18,9 16 15-25 2,5-39 17,9 11,9
Geschiebelehm 31,5 10,1 22-41 0-30 30,2 8 25,15 20,24 16-39 0-50 23,1 15,6
Geschiebemergel 33,3 17,9 22,7-42,5 0-63 32,5 15,1 26,15 47,24 13 - 38 0 - 128 24,5 37,2
Jüngere Saalemoräne 34,7 8,9 29,5-40 0-22 33,2 4,7
Mittlere Saalemoräne 32,8 16,7 27-39,5 0-46 30,9 10,1
Ältere Saalemoräne 34,4 14,5 28-42 0-50 33,2 9,2
Elstermoräne 32,5 50 28-29,5 32-63 * *
Beckenschluff 33,6 10,2 27-39,5 0-45 31,4 4,3 30,9 19,2 21-35,9 3,5-40 * *
Beckenton 22,8 23,7 18,9-28,1 7,4-37,5 18,2 7,5 * * * * * *
Lauenburger Ton 17,8 51,7 12-26,5 20-105 13,6 30 16,6 39,7 10-29* 20-75* 11,5 22,8
Glimmerton 27,1 38,1 13-39 0-90 24,3 27,6 * * 29,8-36 80-160 * *
• zu wenige Werte
49
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