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Die Abrasivität eines Gesteins ist von einer Vielzahl von Parametern abhängig, u.a. [Thuro98b]:

  • Gehalt an schleißscharfen Mineralien mit einer MOHS-Härte > 5,5 (Stahl)

  • Ausbildung von Textur und Struktur

  • Trennflächengefüge

  • Auswirkungen der Veränderung des Gebirges durch Verwitterung

Die Klassifizierung nach Abrasivität ist gemäß DIN 18319 sowohl bei Fels- als auch bei Lockergestein vorgeschrieben (NF P).

[DIN18319:2016]

(Tabelle: Klassifizierung der Abrasivität von Gesteinen in Abhängigkeit des CAI-Indexes [Thuro98b])
(Tabelle: CAI-Index (Erfahrungswerte) für verschiedene Gesteinsarten nach Büchi)

Die Ermittlung der einaxialen Druckfestigkeit qu von Lockergesteinen, auch als Zylinderdruckfestigkeit bezeichnet, erfolgt nach DIN 18136 an zylindrischen oder prismatischen Probekörpern bei konstanter Stauchungsgeschwindigkeit und unbehinderter Seitendehnung.

[DIN18136:2003]

Die einaxiale Druckfestigkeit wird auch zur Beschreibung der Zustandsform bindiger Böden herangezogen.

[Kezdi68] [Lambe69]

(Tabelle: N-Werte für Tone in Relation zur einaxialen …

Die Bewegung des ungebundenen Wassers im Lockergestein, die z. B. durch einwirkende Gravitationskräfte oder Konsolidationsvorgänge hervorgerufen werden, vollzieht sich im vorhandenen Porenhohlraum.

(Video: Verteilung des Wassers im Boden)
(Bild: Hohlräume im Lockergestein in Anlehnung an [Hölti96])
Animation: Verteilung des Wassers im Boden (nach Hölting, 1994) [Bild: Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH]. Dieses interaktive Objekt ist ausschließlich …

Für eine praktische, schnelle und näherungsweise Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit bei genauer Kenntnis der geologischen Verhältnisse sind in der Literatur insbesondere für nichtbindige Lockergesteine einfache mathematische Lösungen zu finden, die zudem ihre Abhängigkeit zur vorhandenen Korngrößenverteilung dokumentieren. Die gebräuchlichsten Formeln sind hier einmal gelistet:

k = 200 x dw × e2

k = 116 x dw

k = f (d10, CU)

Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes …

Beyer liefert als Lösung seiner ermittelten Zusammenhänge ein schnell handhabbares Nomogramm, aus dem die Wasserdurchlässigkeit für Sande und Kiese direkt abzulesen ist.

Bei dieser Methode werden jedoch maßgebende Einflussfaktoren (wie z. B. die vorhandene Lagerungsdichte) nicht ausreichend berücksichtigt. Zuverlässige Daten für den Einzelfall liefert daher nur die versuchstechnische Ermittlung des Wasserdurchlässigkeitsbeiwertes k nach DIN 18130-…

Die Konstruktion von Baugruben im Leitungsbau und deren Sicherung bzw. der grabenlose Leitungsbau sind Aufgabengebiete der Geotechnik. Diese hat Boden (oder Fels)

  • als Baugrund,

  • Baustoff,

  • Last und

  • auch als lastabtragenden und stabilisierenden Werkstoff

zum Gegenstand bzw. die Voraussetzungen für seine bautechnische Nutzung in Form standsicherer und funktionsfähiger Bauwerke [Schmi96].

(Bild: Wissenschaftsdisziplinen der Geotechnik in Anlehnung an […

Zum Fachgebiet der Geotechnik zählen u. a. folgende Wissenschaftsdisziplinen:

  • Ingenieurgeologie: Wissenschaft zur Anwendung und Bewertung geologischer Erfahrungen und Erkenntnisse bei Bauaufgaben

  • Boden- und Felsmechanik (bilden zusammen die sogenannte Geomechanik): Wissenschaft mit den Zielen…
    • den Baugrund zu erkunden,
    • den Boden zu beschreiben und zu klassifizieren,
    • das Festigkeits- und Verformungsverhalten des Locker- und Festgesteins durch …

Geologie:
Wissenschaft von Aufbau, Zusammensetzung und Entwicklung der Erde, besonders der Erdkruste, und der sie bewohnenden Lebewesen in erdgeschichtlicher Zeit [Meyer08].

Hydrogeologie:
Zweig der angewandten Geologie, der sich mit der lagerstättenkundlichen Erforschung des Grundwassers sowie mit dem Grundwasserhaushalt befasst. Untersucht werden die Beziehungen des Wassers zum Gestein, dessen Lagerung und Veränderungen der Eigenschaften [Meyer08].

Wichtig:

Wie bei allen Baumaßnahmen des allgemeinen Tiefbaus bestimmen die geotechnischen Randbedingungen maßgeblich die Wahl eines geeigneten Bau-, Bohr- oder Vortriebsverfahrens. Es ist daher vor Beginn der Arbeiten erforderlich, dass sich der planende und ausführende Ingenieur ausreichende Kenntnisse über den vorliegenden Baugrund verschafft. Nur so wird eine erfolgreiche und wirtschaftliche Durchführung eines Projektes gewährleistet.

Der Baugrund wird wegen seines unterschiedlichen Verhaltens bei der Belastung durch Bauwerke nach DIN EN 1997-1, in Boden und Auffüllung (zusammen nachfolgend als Lockergestein bezeichnet) sowie in Fels (Festgestein) unterteilt [EN1997-1:2014].

(Bild: Einteilung des Baugrundes in Anlehnung an DIN 1054)

In der Praxis wird jedoch nicht zwischen Boden und Auffüllung differenziert. Daher werden hier alle Lockergesteine mit dem Sammelbegriff „Boden“ und …

Die Baugrundansprache sollte mit dem Ziel der Ermittlung der für den jeweils vorliegenden Anwendungsfall relevanten Baugrundeigenschaften und erforderlichen Baugrundkennwerte erfolgen . Dabei ist, insbesondere zur Auswahl der geeigneten Verfahrenstechnik, der Abbauwerkzeuge und des Fördersystems, das Verhalten des Baugrundes zu erfassen hinsichtlich:

  • Standfestigkeit des Bohrlochs, des aufgefahrenen Hohlraums oder der Ortsbrust,
  • Zerstörbarkeit (Festgestein) …

Baugrundrisiko:
Ein in der Natur der Sache liegendes, unvermeidbares Restrisiko, das bei Inanspruchnahme des Baugrundes bzw. der im Baugrund vorhandenen Inhaltsstoffe (Grundwasser, Kontamination etc.) zu unvorhersehbaren Wirkungen bzw. Erschwernissen führen kann, obwohl derjenige, der den Baugrund beistellt, seiner Verpflichtung zur vollständigen Untersuchung und Beschreibung der Baugrund- und Grundwasserverhältnisse nach den Regeln der Technik …

Gegenstand der nachfolgenden Ausführungen sind die Lockergesteine.

Lockergestein ist ein Gemisch mineralischer und/oder organischer Bestandteile ohne mineralische Bindung. Der Begriff wird sowohl für die gewachsenen (ungestörten) als auch für die geschütteten (gestörten) Böden sowie anthropogenes Material verwendet, das ein ähnliches Verhalten aufweist (z. B. zerkleinertes Gestein, Hochofenschlacke, Flugasche).

Eine Zerlegung der mineralischen Anteile nach Korngrößen durch einfaches Sieben oder Schlämmen ist möglich. …

In der heute nicht mehr gültigen Ausgabe der DIN 1054 wurde Boden als geschüttet bezeichnet, wenn „er durch Aufschütten oder Aufspülen entstanden ist“. Die heute gültige Norm DIN EN 1197-1 definiert diesen Begriff nicht mehr.

Schüttungen werden unterteilt in:

  • unverdichtete Schüttungen beliebiger Zusammensetzung

  • verdichtete Schüttungen aus nichtbindigen oder bindigen Bodenarten oder aus anorganischen Schüttgütern (z. B. Bauschutt, Schlacke, Erzrückstände), …

Zur weiteren Beschreibung dienen die folgenden Kategorien:

(Bild: Lockergestein - Kategorien)

Es ist sinnvoll, Lockergestein zunächst in die verschiedenen Typen zu unterteilen, diese sind:

  1. Nichtbindige Böden

  2. Bindige Böden

  3. Organische (organogene) Böden

  4. Vulkanische Böden

Lockergesteine werden gemäß DIN EN ISO 14688 weiterhin in die folgenden Hauptbodenarten unterteilt:

  • sehr grobkörnig
  • grobkörnig
  • feinkörnig

Die Hauptbodenarten bestehen aus

  • Kies,
  • Sand,
  • Schluff und
  • Ton,

die wiederum in Kornfraktionen unterteilt werden.

[DINENISO14688-1:…

Bei nichtbindigen Böden bilden die einzelnen Mineralkörner oder Gesteinsteilchen ein Haufwerk, das durch Reibung der Kornflächen aneinander einen losen Zusammenhalt besitzt. Ihre Eigenschaften werden von den folgenden Parametern beeinflusst:

  • Korngröße

  • Korngrößenverteilung

  • Kornform

  • Kornrauigkeit

(Bild: Haufwerk bei nichtbindigen Boden, das durch Reibung der Kornflächen aneinander einen losen Zusammenhalt besitzt)

Zu den nichtbindigen Böden gehören …

Bei den bindigen Böden haften die Teilchen durch elektrostatische Oberflächenkräfte aneinander und bilden eine zusammenhängende formbare Masse. Ihre Eigenschaften (Festigkeitsverhalten) werden im Wesentlichen von folgenden Größen beeinflusst:

  • Wassergehalt

  • Korngröße

  • Tonmineralgehalt

Diese Bodenart ist witterungsempfindlich. Zu ihr zählen nach DIN 1054 Tone, tonige Schluffe und Schluffe (z. B. sandiger Ton, sandiger Schluff, Lehm, Mergel) sowie deren …

Eine detaillierte Betrachtung und ein entsprechender Vergleich der Charakteristika von Böden bzw. Bodenarten ist mithilfe der folgenden umfangreichen Tabelle möglich:

(→ Tabelle: Bodenklassifikation für Bautechnische Zwecke nach DIN 18196 )

Zu den organischen Böden zählen nach DIN 1054 Torf oder Faulschlamm und mineralische (anorganische) Böden mit organischen Beimengungen tierischer oder pflanzlicher Herkunft, wenn deren Gewichtsanteil mehr als 3 % bzw. 5 % beträgt (z. B. humoser Sand, Faulschlamm, torfhaltiger Sand, organischer Schluff oder Ton).

[DIN1054:2010]

(Tabelle: Benennung und Beschreibung von organischen Böden nach EN ISO 14688-1)