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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.1 - 1
2
2.1
BodenphysikStruktur der Böden
Boden und Fels - Begriffsdefinitionen
B 0 d e n im bautechnischen Sinne lst die oberflächennahe nicht verfestigte Zone derErdkruste. Die Bestandteile sind miteinander nicht oder nur in so geringem Maßemineralisch verkittet, daß die Verkittung die Eigenschaften des Bodens nicht prägt(lILockergestein") .
Fe I s ist jene Zone der Erdkruste, deren Bestandteile miteinander mineralisch festverkittet sind. Seine Eigenschaften werden durch diese Verkitturig sowie durch Systemevon Trennflächen bestimmt (lIFestgestein").
Mineralaufbau
Der Mineralbestand ist durch die Entstehungsgeschichte der Böden bestimmt und meistin einzelnen Körnungsbereichen unterschiedlich. In grobkörnigen Böden, die durchmechanische Venvitterung entstanden sind, überwiegen Mineralien der gebirgsbildendenGesteine: z. B. Quarz, Feldspat, Glimmer, Kalk, Dolomit.Feinkörnige Böden, vornehmlich jene der Korngrößen < 0,006 rnrn, enthalten darüberhinaus durch chemische Verwitterung entstandene Tonminerale. Die Tonminerale sindAlurninlurn-Hydrosilikate. Sie bestehen aus Schichten von Silizium-Sauerstoff-Tetraedern und Schichten von Aluminium-Oktaedern.
Aufbau der Tonmineralien
Struktur-Modell Symbol der Schicht
• Si
o 0 DIW fOHI
• At'· Od~rt1g /-
Ton-Mineral
SI-o~ Ieooeaer(Jnned
.tff1 OAfaedcr-{JIlIJeJl
L:i)ff
Struktur-Symbol Btodung
Si-Tetraeder-Schicht
Oktaeder-Schichtmit Al als Kation (Gibbs.it)
Oktaeder-Schichtmil Mg als Kallen (Brccir]
Basenaustausch-vermögen Farm des Minerals
(rn<q1100 g)
1. Kaolinit
2.J.Wloysil
3. DJit
4. Monbnocillonll
5, QJJocil
aOH fest 3 bis 15 6-eckigc PHitlchcn
(}-QH 5 bis 40 Stabeben zwischen Dcppecchichtcri(Riihcchen) 2 oder 4.HzO
K fest 10 bis 40 Plattehen
I"Gli.rr.rner.utice;:;Tor.:nine.ra1"
0-0 Lehrschwach 80 bis 150 diinne Plattehen queUrih.i~
sehr fcst 10 bis 40 wie Ulil
Technische Universität Darmstadt • Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen
03/2003
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik
Kornform und Kornrauhigkeit
Man unterscheidet die Kornformen: kugelig, gedrungen. prismatisch, plattig, stäb chenförmig, plättchenförmig sowie die Kornrauliigkerten: scharfkantig, kantig, rundkantig.gerundet, glatt.
Bei g r 0 b k ö rn i g e n Bö den sind Kornform und Kornrauhigkeit von der Gesteinsartsowie der Transport. und Verwitterungsgeschichte abhängig. Das gedrungene Korn überwiegt. Zunehmender Transportweg führt zur Rundung der Kanten und Glättung des Korns.Verwitterung kann die Kornrauhigkeit wieder steigern. Bei fe i n k Ö r n i gen Bö denist die Kornform allein von der Mineralart abhängig. Quarz, Kalk und Dolomit sindgedrungenbis prismatisch, Tonminerale in der Regel plättchenförmig, Halloysit stäbchenförmig.
Seite 2.1 - 2
~@' @~/O1 2 J " 5 6
Kornfonnen,1. ku gelrg , ~. gedrungen,3. prismatisch, 4. plattig,5. stäbchenförmig, 6. plättchenförmig
Gefüge des Bodens
Kornrauhigkeit,
1. scharfkantig, 2. kantig,3. rundkantig, 4. gerundet, 5. glatt
Die Art, wie die Bodenkörner sich aneinander fiigen , ist von der Entstehung des Bodenssowie der Größe und der Art der Körner abhängig. Bei Kies und Sandkorn sowie beiKorngrößen des Grobschluffes treten molekulare Anziehungskräfte und elektrischeLadungskräfte gegenüber dem Eigengewicht zurück. Sedimentierende Körner rollen indie Hohlräume bereits abgelagerter Teilchen und bilden ein Ein z el kor n ge füg e .
Tonmineralien, die arn Rand positiv, an ihren Seiten negativ geladen sind, rollen aneinander nicht mehr ab, sondern haften mit Ecke oder Kante an den Seitenflächen andererTeilchen und bilden so ein kartenhausartiges Gefüge (W a ben ge fü g e). In dieserForm lagern sich Süßwassersedimente ab.
Im Salzwasser bilden sich bereits beim Sedimentieren aus mehreren flächig haftendenTeilchen bestehende Aggregate, die gemeinsam absinken und eine noch lockerereF 10 c k enge fü g e aufbauen; OIe Flockenbildung wird unter anderemdurch hohe ,t;lektrolyt-KonzentratlOn, hone Temperatur und geringe Wasserstoff-Ionenkonzentration (saures Verhalten) des Wassers begünstigt.
Lockere Strukturen können auch in Verwitterungsböden durch Auslaugungen entstehen(Hydrolyse).
Bei Zusammendtückung regeln sich die Teilchen des Kartenhauses oder der Flockenbevorzugt senkrecht zur Druckrichtung, durch Scherbeanspruchung parallel zu den Gleitflächen ein.
l 1 J[inzelkom Woben flocken
Gefüge des Bodens 1. Einzelkorngefüge2. Wabengefüge 3. Flockengefüge
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03/2003
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2-1
2.2
2.2.1
Mehrphasensystem Boden
Porenanteil und Porenzahl
Der Boden ist ein Mehrphasensystem, das sich aus denfolgenden 3 Phasen zusammensetzt:
Feststoffflüssige Phase, i.a. Wassergasförmige Phase, i.a. Luft
Porenanteil:
Porenzah!:
Sältigungszahl:
Volumen der Poren Va + vF V"n » ~----
Gesamtvolumen V V
Volumen der Poren Va + VF V;e » -----
Volumen der Festmasse V. V.
Volumen der flüssigen Phase VFS - =-
r Volumen der Poren Vp
Der Zusammenhang von Porenanteil und Porenzahl
en=--
1 + eQs
Porenzahl
Porenanteil
Psew =w·
Pw
en
l-n
Für die sättigungszahl Srsystem vor.
1,0 liegt ein Zweiphasen-
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03/2003
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2·2
2.2.2 Dichten und Wichten
Die Korndichte [Js ist die auf das Kornvolumen einschließlich etwa eingeschlossenerHohlräume bezogene Masse der Körner
Ps =
Mittelwerte der Komdichte in g/cm 3 oder t/m 3 :
Sand (Quarz) 2,65Ton 2,70-2,80Schluff 2,68-2,70Torf 1,50-1,80Basalt "3,00-3,15Tonschiefer 2,80-2,90Kalkstein 2,70-2,90Sandstein 2,64-2,72.
D ich ted es Bad e n s wird das Verhältnis der Masse des feuchten Bodens zumVolumen des Bodens einschließlich der mit Flüssigkeit und Gas gefüllten Poren genannt,
mfI) = V'
als T r 0 c k end ich ted e s B 0 den s wird das Verhältnis der Trockenmasse zumgleichen Volumen des feuchten Bodens definiert
9d = V
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2 - 3
Eignung der Vorfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhängigkeit von der Bodenart (aus DIN 18 125, T 2)
Bodenartgut gooignet
VsrlölhronungQcigne(
ohne Grobkorn
bindigar Boden
mit "Grobkorn
Fein- bi:sMlrtefsande
Ausstechavllnderund allu enderenVerfahren
.l1e Ersatzverfahren
AusarechzvtinderVerfahren
keine
AuastechavllnderVorfahren
keine
nichtbindiger.Boden
Kles-Sand-Gernis ch
Balton-, Kleister..ersatz-, Gipsersarz-, Aussrechzvlindcr-Was:serersatz- VerfahrenVerfahren
sandarmer Kies
Steine und Blöcke mit geringen Beimengen
Balton-, Was.ser·ersa tz-, GlpsersarzVerfahren
~chürfgruben·f
WasserersatzVerfahr~n
AusstechzvllnderSandarsatz-Verfahren,Betonl tersa tzVerfahren
alle anderen Verfahren
Die Wichte (I) des Bodens ist die lotrecht wirkende Gewichtskraft, bezogenauf das Volumen (kN/m3
) .
Unterschieden werden ebenfalls wieder:
, = Wichte des feuchten Bodens
l+w, = (1 - n) 's . (1 + w) = 1 + e IS
n = Porenanteil, e = Porenzahl
'd =Wichte des trockenen Bodens (Trockenwichte)
1'd = (1 - n), = -- Is 1 + e s
Ir = Wichte des wassergesättigten Bodens
Ir =(l - n) '$ + n . 'w = I d + n . IW =
" = Wichte des Bodens unter Auftrieb
IS + e • IW
1 + e
IS - IW
1 + e
Man erhält clie Wichte durch Umrechnung der versuchstechnisch ermitteltenDichte p (in g/cm") in kN/m 3
• Die Wichte des Bodens wird für Lastannahmenzur Berechnung von Erdauflasten, Erddruck, Grundbruch, Setzungen und Massenverlagerungen benötigt.
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2 - 4
2.2.3 Lagerungsdichte
Die Kenntnis des Porenanteils n oder der Trockendichte Pd genügt nicht zur Beurteilung, ob ein Boden locker, mitteldicht oder dicht gelagert ist. Hierzu müssendie Extremwerte für den Porenanteil oder die Trockendichte bekannt sein undmit der natürlichen Lagerung verglichen werden.
Lockerste Lagerung:
rnin Pdmax n = 1 -
Dichteste Lagerung:max Pd
min n = 1 -Ps
- 1min e =Ps----1max e =min Pd max Pd
Mit i-mfe der Extremwerte und dem Porenanteil n bzw. der Porenzahl e innatürlicher Lagerung kann die Qualität der natürlichen Lagerungsdichte von Sanden und Kiesen in einheitlichen Bezeichnungen und Zahlenwerten ausgedrücktwerden. .
I D = -----max e - min e
Lagerungsdichte D:
bezogene Lagerungsdichte I D :
D=max n - n
max n - rnin n
max e - e
max Pd - min Pd
max Pd (od - mm Pd)=
Pd (max Pd - min Pd)
Verdichtungsfähigkeit Ir:max e - min e
rnin e
Lagerungsdichte D nichtbindiger Böden
Lagerung greichlörmige Böden (U< 3) u ngleichförmige Böden (U> 3)
sehr lockerlockermittel dichtdicht
D < 0,150,15 .;; D < 0,300,30 0< D < 0,50
D ;;. 0,50
D < 0,200,:20 <; D < 0,450,45 <; D < 0,65
D ;;. 0,65
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2·5
'.
2.2.4 Wassergehalt
Das Verhältnis des Massenverlustes beim Trocknen m., (Masse des Porenwassers) zurverbleibenden Trockenmasse md heißt Wassergehalt
W=
Der Wassergehalt natürlicher Böden ist unter dem Grundwasser durch seine Porenzahlbestimmt.
(JwW = e·
(Js
2.2.5 Rechnerische Beziehungen zwischen Bodenkenngrößen
z esuch reGröOe.n
w; w; na=n-nw
vo rzeae bene GrößenPs Und Pw
w ; Sr = 1; n.... =0P
(w)
Wa..ssen:ehaltw
(.eesätlLt:terBoden)
n' Pw(l-n)·p.!l
Pw.. -P,
(p~-(lg}'(lw (P,-p)'Pw ~_~
"s(Pt Pw) (p Sr"l?w)'Ps {>d Ps
Wasserzehaltw
(teilc:es.iitticLerBoden)
Po r e nantef ln
Porenz.ahle
W' (ls W"(l.s+na.'(lw
W '(ls + ()w
W "P3+ na' Qw
(Iv,.. (1 n .. )
W • (13
w· Ps + (lw
p,w.-Pw
nw 'Pw
(l-n)'ps
I-n
.1 + e
(l.s-(lJ:
p,,-pw
«(1,-(1) ,Sr"Pw
(p Sr' (lw)"Ps
l~--P-(l + w} 'pJ'
S.(Pw_~)i: (ld P"
Pd1--
P,
P,--1Pd
DichteP,
te:sJillh::1.CrBoden
(1+W)"(lS"(lw (l,+e"(lw
w· "0$ + (lw (1-n)o(l,,+n'llw 1 + CP,-Pw P (Pw) p n--. -+Pw 1-- . d+ '·W
l+w (l.s Ps
DichteP
(tcUl:uilli.::t.-crBoden)
Sr' Pw 'Qs (1- ":.lI) (1 ... w) • {)s(l + w) ·-w-.'--p-,':'+=:sO-r':;·'--~-w-! w •~ + 1 -
Pw
Ps +~w· Pw1 + •
'T'r oc k en dl c h tedes' Bodens
Pd
Sä ttJcun.c,·11hlSr
Sr'l?w' Ps
w, (ls+ Sr " P.....
(l-n,)'ps'pw
w·(ls+{)w
(l-na)'\V'C's
w'(l:l.+n.;l·pw
(15' (>w
W'h+ "W(l ~n) Q:I
nwn
W' (l' {I,I
Pd
W' pd • (I!.
Pw'(P,-'d)
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3-1
2.3 Benennung und Klassifikation von Böden
Benennung nach DIN 4022 und DIN EN ISO 14688-1
Mit Einführung der DIN EN ISO 14688-1 wird die Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von
Böden (direkt im Feld) anhand (einfacher) visueller und manueller Techniken international geregelt. Mit
dem damit einhergehenden Ersatz der DIN 4022-1 zur "Benennung und Beschreibung von Boden und
Fels" werden im Wesentlichen die deutschen Bezeichnungen durch gleichwertige englische Begriffe
ersetzt. Es ist jedoch zu erwarten, dass trotz der Einführung der DIN EN ISO 14688-1 die Benennung
von Böden auch weiterhin nach DIN 4022 gebräuchlich sein wird. Daher wird in diesem Kapitel die
Benennung nach DIN 4022 vorgestellt.
Die Bezeichnungen der Bodenkörner anhand der Korngröße nach DIN EN 14688-1 und DIN 4022-1
sind folgender Tabelle zu entnehmen:
Bereich(DIN EN ISO
14688-1 )
Benennung(DIN EN ISO
14688-1 )
Kurzzelehen(DIN EN ISO14688-1 )
Kurzzelehen(DIN 4022-1)
Korngrößenberel eh[mm)
manuelle Bestimmung
Grieß
größer als Hühnereier
< 0,002
> 0,002 ..0,063> 0,02 .. 0,063
> 0,0063 .. 0,02
> 0,002 • 0,0063
> 0,063-2,0> 0,63 • 2,0> 0,2 • 0,63
> 0,063· 0,2
> 2·63> 20 • 63
> 6,3 • 20
> 2,0 • 6,3
> 63 - 200
> 6301---------..--.-.-------.---> 200 . 630 Kopfgröße
H
Hühnerei
Haselnuss
Erbse1· ..--········..··..··..·....····+··_·······_··..•····•..··_··",,-,1
Streichholzkopf
----t------+----t---------·-t·-·---···......·..·····--·······Igering plastisch 1)
Itrocken: gut zu Staub
izerdrückbar.
feucht: mehlig, stumpf,bröckelt;
Im Wasser' wird leicht zu
Brei, starke Trübung des
Wassers;·--·-·--·-+-------+-..--..·..--1-------..·-·-----+·--------..- ..-.ausgeprägt plastisch
trocken: nur zu zerbre
chen;
feucht: seifig, glänzig,
knetbar, vom Finger nur
abzuwaschen;
im Wasser: schwer aufzuweichen, geringe Trü
bung des Wassers;
großer Block LBo
sehr grobkörni-~"-"".'-~< -~~~~-_...,_._~-- .--,--,._~-
ger BodenBlock Bo Y
Stein Co X
Kies Gr G
Grobkies CGr gG
Mittelkies MGr mG
grobkörnigerFeinkies FGr fG
Boden..._-_.._-~~~~~~~., ~_~·~,,"~·__""·__''''__·__~,_~''.~~,~w.
Sand Sa SGrobsand CSa 9SMittelsand MSa mS
Feinsand FSa fS..
ISchluff Si Ui
GrobschluffI
es gU
Mittelschluff MSi mU
Feinschluff FSi fU
.feinkörniger
Boden
Ton CI T
I1) Zur UnterseIleidung von Schluff und Ton ist auch der SchOttelversuch gut geeignet Wird ein feuchter Probenklumpen in
der Hand geschüttelt, tritt aus Schluff Wasser aus. Dieses wird nach dem Schütteln von der Probe wieder aufgenommen.
Benennung der Bodenkörner nach ihrer Größe (nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN 4022-1)
Technische Universität Darmstadt • Institut fürWerkstoffe und Mechanik im Bauwesen0312009
alte8.0
lJJ N ~CKörnungstinie CD
~ "Umw' ~z-0.....
Schlämmkorn Siebkorn CD' !!?, 3:Schluffkorn Sandkorn Kieskorn
!Steine - "'mFeinstes c: 0. Fein- t MitteI- I Grob- Fein- t 1'1ittel- I Grob- Fein- t I'litle[- I Grob- .....
" ::I:-l QJ 2 3 {, 567891 2 3 {, 5 67891 2 3 t; 5 67891 2 3 (, 567891 2 3 4 5 6 789 0. 0 »CD g'100 CD' ...
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V C :::J CC L. W' 'r- <OJ -- ::J:::l -0 ./ ',...-- (Q CD "TI<' o 70 ~ :+ mCD ~ Jf c,.- o, !...... ..<'r- CD ....cn/' J ..... cn;::;: ,S 60 c
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c: VI ~ l:\).... rn c:z: 1: 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,63 2,0 6.3 20 63 100 (JJ
CD Korndurchmesser d in mm 0....»: Zcn.-+
-"0 Linie Nr:~ - - co
-"c Bodenart: Kies, sandig Ton Ton, sandig, kiesig N:::l
(Beispiel 1) (Beispiel 2) ~0.. (Verwitterungslehm)s::: (Beispiel 31CD0 U=dbOld,0 10,5:::TIII:::lÄ Sedi- Siebung und3' Arbeitswe ise Siebung
rnentatlon SedimentationlJJIIIc~
CI'CDcn ltICD s::::l
'"WI
N
o(,)
NooCD
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 3
2.3.2 Zustandsgrenzen
Bei bindigen Böden bestimmt der WassergehaI t die Zustandsform (Konsistenz) des Bodens, die für dessen Tragfähigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist. Die Zustandsgrenzen (Atterberg f schen Grenzen) sind nach DIN18122 wie folgt definiert:
Fließgrenze:
Ausrollgrenze:
Schrumpfgrenze:
Bestimmung im Fließgrenzengerätnach Casagrande
Bestimmung im Ausrollversuch
Berechnung durch
Ws = (Vd -~ ) Qwmd Qs
Vd Volumen des trocknenen Probekörpers in crrr'
md Trockenmasse des Probekörpers in 9
Os Korndichte des Bodens nach DIN 18124 Teil 1 in g/cm3
Qw Dichte des Wassers in g/cm3
Der Umfang des plastischen Bereiches wird durch diePlastizitätszahl I p beschrieben:
I p = wL - Wp
Konsistenzband
Nach DIN 18196 wird der Plastizitätsgrad nach der Fließgrenze bestimmt:
wL < 0,350,35 :::; wL < 0,5wL 2: 0, 5
leicht plastischmittelplastischausgeprägt plastisch
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik
50.----.,-----,-----.,----.,-----,----,..-----,------,
/ausgeprägt /V
I plastische: Tone TAI
leichtplastischeTone Tl
Seite 2.3 - 4
10 20 30 35 40 50Fließgrenze "'l in % -
Plastizitätsdiagramm mit Bodengruppen
60 70 BO
Plastizitätsdiagramm nach Casagrande (DIN 18196)
Die Zustandsform eines Bodens wird durch die Konsistenzzahl I e beschrieben:
Ie =
Die Liquiditätszahl I L ist die Ergänzung der Konsistenzzahl zu 1:
I p
Den Zustands formen des plastischen Bereiches sind folgende Zahlenwerte von I L und I e zugeordnet:
Zustandsform desh Jeplastischen Bereichs
breiig von 1,0 1)bis 0,5 von0 1) bisO,5
weich von 0,5 bis 0,25 vonO,5 bis 0,75
steif von 0,25 bis 0 2) von 0,75 bis 1,0 2)
1) Fließgrenze 2) Ausrollgrenze
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 5
..
Die Aktivitätszahl I A gibt das Verhältnis der Plastizitätzum Tonanteil an und beschreibt die Art der Tonminerale:
mT Trockenmasse der KörnerSO,OO2 mm in der Probe
md Trockenmasse der KörnerS 0,4 mm in der Probe
I A < 0,750,75 :s; I A < 1,25I A ;::: 1,25
inaktiver Tonnormaler Tonaktiver Ton
Fließgrenze und Aktivitätszahl feinkörniger Böden:
Erdstoff/Mineral wL IA[ %J [ - J
Schluff (Quarzmehl ) - 0
Ton (Kao1in i t ) 70 0,4
Ton (I 11 t t ) 100 0,9
Ton (Ca-Montmorillonit) 500 1,5
Ton (Na-Montmorillonit) 700 7
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 6
2.3.3 Benennung von Böden nach DIN4022
Auszug aus DIN 4022, Teil 1 (1987)
Die aus den Wassergehalten bei der Fließgrenze WL undAusrollgrenze wp abgeleitete Plastizitätszahl
Ip =WL- wp
läßt eine Unterscheidung zwischen Ton und Schluff nachihrem bodenphysikalischen Verhalten zu.Um Ton handelt es sich bel
Ip;::: 0,73 (wL - 20) in %
5 Grundlagen des Benennens von Bodenarten
5.1 Allgemeines
Für das Benennen der Bodenarten werden In dieser Normentsprechende Unterscheidungsmerkmale angegeben(Kurzzeichen siehe OIN 4023). Diese ermöglichen im allgemeinen eine hinreichend zutreffende Einordnung. Einegenaue Einordnung, die durch Korngrößenanteiie, Konsistenzgrenzen oder organische Anteile festgelegt ist, kann nuraufgrund von Versuchen im Laboratorium vorgenommenwerden, siehe DIN 18122 Teil 1 und DIN 18123.
undIp ;:::7 in%
Um Schluff handelt es sich bei
Ip< 0,73 (WL - 20) in %
Durch diese Grenzen und die Plastizitätsgrade wird der feinkörnige Boden in Plastizitätsbereiche aufgeteilt, siehe Bild 3.In dem Zwischenbereich
lv e: 0,73 (WL - 20) in %
können feinkörnige Böden nur nach manuellen Versuchenaufgrund ihres Verhaltens dem Ton- oder Schluffbereichzugeordnet werden.
5.4 Organische Bestandteile
Die Benennung von Böden mit organischen Bestandteilenrichtet sich nach der Art, dem Anteil, dem Zersetzungsgradund den Entstehungsbedingungen dieser Bestandteile. Beider Art der organischen Bestandteile ist zu unterscheidennach pflanzlichen und tierischen Resten. Einen Anhaltspunktüber den Humusgehalt gibt die Farbe nach Abschnitt 8.4 undder Ausquetschversuch nach Abschnitt 8.12.
Der Zersetzungsgrad kann nur bei rein pflanzlichen Bestandteilen festgestellt werden. Bei den Entstehungsbedingungenunterscheidet man an Ort und Stelle gewachsene und unterWasser abgesetzte organische Bestandteile.
in %
in%4< Ip < 7
Ip< 4und
und
5.3 Plastizitätsbereiche
Plastische Eigenschaften weisen Böden auf, an denen derKnetversuch, siehe Abschnitt 8.7, ausgeführt und an denendie Zustandsgrenzen bestimmt werden können.
Anmerkung: Böden mit plastischen Eigenschaften werdenauch bindige Böden genannt.
Die Unterscheidung der Plastizitätsbereiche und dieBenennung nach Schluff oder Ton erfolgt nach dem Trockenfestigkeitsversuch (siehe Abschnitt 8.5), dem Knetversuch(siehe Abschnitt 8.7) und dem Schneideversuch (sieheAbschnitt 8.9). Es werden' unterschieden:
- leicht plastisch
- mittel plastisch
- ausgeprägt plastisch.
Eine genaue Unterscheidung ist nur durch Laborversuche zurBestimmung der Fließgrenze WL und der Ausrollgrenze Wp
möglich,
An jedem feinkörnigen Boden können der Wassergehall ander Fließgrenze WL und der Wassergehalt an der Ausroligrenze wp bestimmt werden (siehe DIN 18122 Teil 1).
Anhand des Wassergehaltes an der Rießgrenze WL werdenfolgende Piastizitätsgrade unterschieden:
- leicht plastisch unte. 35 in "10
- mittel plastisch 35 bis 50 in "10
- ausgeprägt plastisch über 50 in %
5.2 Komgrößenbereiche bei mineralischem Boden
Der Grobkornbereich (auch Siebkorn genannt) wird nachTabelle 1 benannt. Hierzu ist das Verfahren in Abschnitt 8.1angegeben. Zur genauen Benennung sind Laboruntersuchungen nach DIN 18123 durchzuführen.
Bei der Benennung im Feinkornbereich (Schluff und Ton) wirddie Bodenart nicht allein nach den Korngrößen unterschieden, da die bautechnischen Eigenschaften dieserBodenarten auch von den plastischen Eigenschaftenbestimmt werden.
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 7
Tabelle 1. Komgrößenbereiche
Kurz- KorngröBenbereichElereichlBenennung zeichen mm
Blöcke y über 200
Steine X über 63 bis 200
Kieskorn G über 2 bis 63
Grobkorn- Grobkies gG über 20 bis 63
bereich Mittelkies mG über 6,3 bis 20
(Siebkorn) Feinkies fG über 2,0 bis 6,3
Sandkorn S über 0,06 bis 2,0
Grobsand gS über 0,6 bis 2,0
Miltelsand mS über 0,2 bis 0,6
Feinsand fS über 0,06 bis 0,2
SchluHkorn U über 0,002 bis 0,06
Feinkorn- Grobschluff gU über 0,02 bis 0,06
bereich Miltelschiuff mU über 0,006 bis 0,02
(Schlämm- Feinschluff fU über 0,002 bis 0,006
korn)unter 0,002Tonkorn (Feinstes) T
%TO6020
i ToneI
/Vy I--- ---"'-:7 ,/ I I
Zwischenbereich /" ,/ I I--l--~-~ I 1
3035I 40 ~leiehr plastisch miHelplastisch I ausgeprägt plastisch
50
%
40
1 30~:croN
~~
:§ 20Vlro
0:::
10
TI-41-
00 10
FlieOgrenze wL--
Plastizitätsdiagramm zum Benennen von Bodenarten
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03/2003
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 8
I organische IBenennung Bestandteile Bemerkung
6.3 Organische Bodenarten und Anleile
Organische Bodenarten und Anteile sind Tori, Mudde,Humus, siehe Tabelle 2.
Tabelle 2. OrganIsche Bodenarten und Anteile
Torf wird nach dem Zerselzungsgrad unterschieden. Imnassen Zustand kann dieser durch den Ausquetschversuch,im trockenen Zustand nur nach dem Aussehen festgestelltwerden.
Tabelle 3. ß.estJmmung des Zemetzungsgrades bei nassenTorten durch den Ausquetschvernuch
Püamemasem
nur"wenigeResta vnnPflanzen, lastkein Rucl:~nd
rein organisch
mit anorganischenBestandteilendurchsetzt
bildet mit anorganischen BestandteilenOberboden(Mutterboden)
AbgepreBlns
Merkmale
klares bisbübes Wasser
Pflanzenstrukturunim Tori
peu11icileltennbar
kaum odernicht mahrerkennbar
pflanzliche Reste
pflanzliche undtierische Reste
pflanzliche Reste,lebende Organismenund deren Ausschaldungen
Mudde
Toil,
Humus
Zersemnosgrad
nicht bismäßig zersetzt
stilrtbisvöllig zersetzt
Bei organischen Bodenarten mit mineralischen Anteilenwerden diese durch Adjektive nach Abschnitt 6.2.3 zumAusdruck gebracht, z, B.Mudde, tonigMudde, stark sandigTon, schwach feinsandig.
Treten organi.5che Bestandteile als 8eimengungen auf, soWerden die Adjektive torfig, humos ader als Sammelbegrifforganisch verwendet. Geringe Anteile sind durch das Adjektiv.scnwacn-, hohe Anteile durch das Adjektiv ..stark- zu kenn'zeichnen. Die humushaltlge oberste Bodenschicht wird auchals Oberboden (Mutterboden) bezeichnet.
Bel folnkömlgon NobflnnntoUen wird dem Adjektiv ~lonjo"oder .schlut11g" das Belwort ..achwach" oder "ntllrK" dannvorangesetzt, wenn sie von besondors geringem oder besonders starkem Einfluß auf das Verhalten des Bodens sind.Derartlgo Unterscheidungen sind aber nur bel grobkörnigonBöden und bel gemischlkörnigen Böden möglich, derenVerhalten nicht Vom Feinkornanteil geprägt wird.
z, B. .Ktes. sandig, schwach schlufflg.
.Sand, stark toniG, schwach teinkiesig",
Bel feInkörnigen und gemischtkörnigen Böden, deren Verhalten Vom Foinkomanteil geprägt Ist, wird auch das Vorhanden"sein feinkörniger Nebenanteüe nufgrund der plastischenEigenschaften nach den Versuchen In den Abschnitten 8.5,
. 8.7 und 8.9 ats Schluff oder Ton beurteilt. .
Ein Ton Ist "schluffig" und ein SchluH Ist "tonig", wenn ihrePlastizltälszahlen Ip Im Plastlzitälsdlagramm (siehe Bild 3)weniger als 3 % über oder unter der A~Linie liegen.z, B.•Schluff. tonig, schwach sandig"
.Ton, SC.hluHig, stark kiesig, sandig".
8.2.4 Zwei Bodenurton rnlt etwa gleichen MnnsenanteilenSind.bei grobkörnigen Böden zwei Korngrößenbereiche mitetwa gleIchen Meuaerumteüen vertreten (40 bis 50%), .50sind deren Substantive durch ein .vnc- zu verbinden, z. B.,..Kies und Sand", .Eeln- und Mlttelsarrd'',
6.2.2..2 Der Hauptanteil Ist die nach Massenanteilen amstärksten vertretene Bodenarte
a) bei grobkörnigen Böden, deren Feinkornanteil (Schluffund/oder Ton) weniger als 5 % beträgt,
b) bel gemischtkörnigen Böden, deren Feinkornanteil(Schlutt und/oder Ton) 5 bis 40 % beträgt, wenn dieser dasVerhalten des Bodens nicht bestimmt
6.2.2 Heuptantellu
6.2 ..2.1 Hauptanteil Ist entweder die Bodenart. die nachMassenanteil am stärksten vertreten Ist, oder jene, die dIebestimmenden Eigenschaften des Bodens prägt
6..2 Zusammengesetzte Bodenarten
6.2.1 Allgemeines
Zusammengesetzte Bodenarten werden mit .einern Substantiv (Hauptwort) für den Hauptante!l und mit einem odermehreren Adjektiven (Eigenschaftswörtern) für die Nebenanteile bezeichnet. z, B. Kies, sandig; Ton. kiesig.
6 Angaben tür das Benennen von Bodenarten6.1 Reine Bodenarten
Reine Bodenarten bestehen nur aus einem Komqröüenbereich nach Tabelle 1 und werden nach diesen benannt,z, B. Kies, Feinsand. Grobschturt.
Anmerkung: Das Feinkorn bestimmt dann nicht dasVerMalten .eines gcmischtkörnigen Bodens, wenn der Boden imTrockenfestigkeilsversuch (siehe Abschnitt 8.5) keineoder nur eine niedrige Trockenfesligkeit aufweistoder wenn er bei sinngemäßer Anwendung des Knetversuches (siehe Abschnitt 8.7) keine Knetfähigkeitzeigt.
In beiden Fällen wird die Benennung nach den Korngrö8enunterbereichen gewählt. die in Abschnitt 5.2 den Grobkornbereich unterteilen, z, B. Kies, Sand, MItteikies, Feinsand.
6.2..2.3 Der Hauptanteil ist die Bo denart, welche diebestimmenden EIgenschaften des Bodens prägt.
a) bei feinkörnigen Böden, also bei Böden, deren FeinkornMassenanteil mehr als 40% beträgt,
b} bei gemischtkörnigen Böden, wenn der FeinkornMassenanteil das Verhalten des Bodens bestlmml
Anmerkung: Das Feinkorn bestimmt dann das Verhalteneines gemischlkörnigen Bodens, wenn diesermindestens eine mittlere Trackentestigkelt nach demVersuch (siehe Abschnitt 8.5) aufweist und/oder knetbar nach dem Versuch (siehe Abschnitt B.7) Ist.
In beiden Fällen wird entweder die Benennung "Ton" oder.SchluH" gewählt. Welche von diesen zutrifft, hängt nicht vander KorngröBenverteliung, sondern ausschließlich von denplastischen Eigenschaften des Feinkornanteils ab. Die Unterscheidung zwischen Schluff und Ton erfolgt nach denAbschnitten 8.5, 8.7 und 8.9.
Um einen .Ton" handelt es sich, wenn der Boden im Plastlzltätsdiagramm (siehe Bild 3) über der A-Unie liegt und wenndie PlastizItätszahl Ip > 7 isL Liegt er unterhalb der A'Linieoder ist Ip < 4, so trifft die Benennung ..SchluH" zu.
6.2.3 Nebenantafte
Nebenanteil ist der Anteil an Feinkorn, der die bestimmendenEigenschaften des Bodens nicht prägt. Als Adjektiv dientdann Je nach den plastischen Eigenschaften "tonlg~ oder.schlufflg·.
Oie Adjektive der Nebenanieile werden in der ReihentotqeIhrer Bedeutung dem Substantiv des Hauplanteiles nachge"lolll;
z, 8...Kies, sandig"
"Feinkies, grob.:sandig"
..Grobsand, mittel sandig, feinkiesig"
.Feinsand, schluHig"
..SchluH, feinkiesig, grobsandjg~
"Tan, mittelsandig",
Sind grobkömlga Nebenentatla in besonders geringem undbesonders starkem Umfang vertreten, so wird dem Adjektivdas Belwer-t .3chwDChu oder ...!ltark" vorunqese trt.
Ist die Körnungsllnie bekannt, so sind die Massennnleilegrobkörniger 8eimengungen zu benennen
als ..schwach" bei weniger als 15%DIs ..stark- bei mehr als 30%,
z. B.•Kles, stark sandig"
.Mlttefkles, stark feinkiesig, grobsandig
.Grcbaanrf miltcl:::andig, schwach kIesig""Schluff, stark fejn~andlg, mitte/sandIg".Ton, stark kiesig, orobonndlg."
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03/2003
Des Benennen von Bodenarten nach DIN 4022. Ausqobe Sept. 1987,
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"beatlrnmande §genechaften dee Badeneprägende Badenan
organische Bodenarten (6:3)-+- Tabellen 2- und 3
zwei Bodenonen 'mit etwagleichen Moesenantellen,40 - 60 Gew;" (6.2.4)z.B, "Felnkles und Orobscnd"
-grobkörnig (0< 0,06 mm -feinkörnig (0$ 0,06 mrnweniger als 5 Gew.%) mehr als 40 Gew.%)
-gemischtkörnig, wenn -gemischtkörnig,- wenn Fein-gilt: 0< 0,06 mm zwischen komanteil prögend5 und 40 Gew.%...tJ.lllL '(Kriterium: Trockenfestig-Feinkornantell nicht keits- oder Knetversuchprägend (Kriterium: nach Kap. 8)Trockenfestigkeits- oder -nach Bestimmung der plast.Knetversuch nach Kap. 8) Eigenschaften Aus-
-z.B. "Felnklea, Sand etc, wertunq des PlastlzitCHsdiagrammes, nach Bild 3(Kriterium: Plastizitätszohl, A-Llnie)-
-Unterscheidung in Schluffoder Ton (keine feinereUnterteilung noch Tab. 1)
nach Ma~Mnantell, ornetdrksten vertreteneBodenort
-bei starkem oder geringemEinfluß auf Verhalten desBodens Unterscheidungin "schwach und stark"
-z.B:'Sand, stark tonig"
feinkörnigo s 0,.06 mm
z.B. tonlo"
zusammengesetzte,8odenarten (6.2)
grobkörnigo > 0,06 mmz.B, '"feln:sandig'"
-Versuche nach Kcp. 8 ,-Plastizitötsdiagramm (Bild 3)~z.B. ~Schluff, tonig"
< 15 Gew.XAnteil sehr' geringz.B.":schwach :landlg'"
~
reine Bodenarten (6.1)-Jlo-Tabelle 1
> 30 Gew.~
Anteil sehr hochz.B. '"etork kiesig"
•
~CDozrOJ:::J
'"
~CD....,»:cn0-~C:::J0..
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C:::J
<"(J)....,cn
~
ow<,t0oow
co
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 10
2.3.4 Auszug aus DIN 4023Kurzzeichen, Zeichen und Farbkennzeichnungen für Bodenarten und
Fels nach DIN 4022, Teil 1
1 2 3 I 4 5 6 I 7
Benennung Kurzzeichen FarbkennzeichnungZeichen Farbzeichen
Bodenart Beimengung Farbnamenach
Bodenart Beimengung DIN 6164Teil 1
kiesig G Wo 00
o u0 ~IKies g 0°0 00°0°0'0' 00
0"' 00 °
1,0 0 0 ,IGrobkies grobkiesig gG gg ° 00°°0 0 0 0
gelb 2: 6 : 1
Miltelkies miltelkiesig mG mg 10 0 0 °0 0 I0 0°00 0o Q 0
1000000°,/Feinkies feinkiesig fG fg 0
00 ~ 0 0 0 0 °0° I00 0000
Sand sandig S s r: ~:,,;,:,\~ :\;·":1 I.' ....... : II,· ....• ·:1 IGrobsand grobsandig gS gs . . .. . !... . ..... .. .. !
orange
i6:6:2
Miltelsand mittelsandig mS ms r' .' Jr , :.'.::."., -.- ,. :. : .. :
!I"" '.'. I II
Feinsand feinsandig fS fs ::/:''':''.:'~~:.:::.::.:,:! II,-:..~: ~I I
ISchluff schluffig U u oliv I 1 : 4: 5
~ - -d !:
Ton tonig T t violett I 14: 5: 4
itorfig, I ---I i
Torf, Humushumos
H h du nkelbraun I 5: 2: 6!
I:.=--~~~.:::-1 I
I
F - lila I 11 : 4: 4
Mudde I,(Faulschlamm)
,organische - 0 - I -Beimengung !
Auffüllung A I A Ii- -I
-
Steinela 0 0 oQo Q I i
steinig X -x 0 00 gelb
!2 : 6: 1
o D (J 0 Ob
I ~o ",00 °1 IBlöcke mit Blöcken y y IR o o 0",'" gelb 2: 6: 1o lQ (JJ' zn 0
Fels, allgemein Z - IZz Z Z Zz z I ,grün I
21 : 6: 5
Fels, verwittert Zv - IZv LV LV Z I I
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1 2 3 4 I 5
Farbkennzeichnung
Farbzeichen
Benennung Kurz-Zeichen Farbname
nachzeichen DIN 6164
Teil 1
Mutterboden Mu I ~lu I gelbl ich braun 4:5:3
Verwitteru ngslehm, Hanglehm L ~ grau N : 0: 5,5
Hangschutt Lx ~ grau N : 0: 5,5
Geschiebelehm Lg ~ grau N : 0: 5,5
Geschiebemergel Mg ~ violettblau 15: 6 :4
Löß Lö I~I~I~~II oliv 1 : 4: 5
Löß lehm Löl V7~ oliv 1 : 4: 5
Klei, Schlick KI I ~~-=-~~ I lila 11 : 4: 4
Wiesenkalk, Seekalk, Seekreide, Kalkmudde Wk I ----" -" ---" I hellblau 17 : 5 : 2----"----" ---"
Bänderton Bt ~~ violett 14: 5: 4
Vulkanische Aschen V IvV
v vVvV ~I grau N : 0 : 5,5
Braunkohle Bk 1-='-1 dunkelbraun 5:2:6
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.
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 . 12
1 2 3 4 I 5
Kurz-Farbkennzeichnung
Benennung Zeichen Farbzeichenzeichen Farbname
nachDIN 6164
Teil 1
Fels, allgemein Z I Z I grün 21 : 6: 5
Konglomerat, Brekzie Gst I o Z 01 gelb 2: 6: 1
Sandstein S5t I z· I orange 6:6:2
Schluffstein Ust I z----- I oliv 1 : 4: 5
Tonstein Tst I z- I violett 14: 5: 4
Mergelstein Mst I Z-I I violettblau 15: 6: 4
Kalkstein Kst I ZI I dunkelblau 17 : 5: 4
Dolomitstein Ost I ZI I dunkelblau 17: 5: 4
Kreidestein Krst I ZH I hellblau 17: 5 : 2
Kalktuff Ktst I zn I hellblau 17 : 5: 2
Anhydrit Ahst I ZA I gelbgrün 23: 6: 3
Gips Gyst I ZV I gelbgrün 23 : 6 : 3
Salzgestein Sast I ZD I gelbgrün 23 : 6; 3
Verfestigte vulkanische Aschen (Tuffstein) Vst I zV I grau N : 0: 5,5
Steinkohle Stk I Z~ I dunkelbraun 5: 2; 6
Quarzit Q I ZV I rosa 9 : 3 : 2
Massige Ersterrungsgesteine und MetamorphiteMa I z+ I rot 8:7:2(Granit, Gabbro, Basalt, Gneis)
Blättrige, feinschichtige MetamorphiteBI I Z~ I violett 14 : 5: 4
(Glimmerschiefer, Phyllit)
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Über der 'Säule Links der Säule Rechts der Säule
Sch 1 c Schurf Nr 1 p21 NN+352,1 = Sonderprobe aus 19,0 m V = naBTiefe: NN + 352,1 m Vernässungszone
oberhalb dasGrundwassers
B3 : Bohrung Nr3
Kl [Xl NN +111,,8 = Bohrkern aus 5,2 m ~ = breiigTiefe: NN + 114,8 m
BK Bohr~ngtür Untersuchungen ausgewählt
=mit durch-gehender
2Gewinnunp = weichgekernterProben Si' 8,9 = Grundwasser am 1. 4. 1968 in 8.9 m
( 1.1,.68) unter Gelände angebohrt
IJ = steil
BP = Bohrung I
mit durch-gehender y 8,9 = Grundwasserstand nach Beendigung derGewinnung (1.4.681 3h Bohrung oder bei Änderung des Wasser-nichtgekernter spiegels nach seinem Antreffen jeweils
IProben mit Angaben der Zeltdilferenz in = halbfestStunden (3") nach Einstellen oderRuhen der Bohrarbeiten
BuP = Bohrung
11mit Gewinnung = testunvollständiger y NN+ 118,0 = Ruhewassersland in einem ausgebautenProben 10.5.68 8ohrloch
BS = Sondierbohrung
~\Y NN+365,7 '" Grundwasser in 15,8m unter [3elände = klüt1ig
/\ (12.6.68) lOh : NN + 355,7 mangebohrt,Anstieg des Wassers bis 5,8 munter Gelände
NN+355.7 = : NN +365,7 m nach 10 Stunden
NN+ 11,7 = Wasser versickert in NN + 11,7 m
r(12.6.68)
~=Streichen (hier SW-NE) und Fallen
-$(hier 25° nach SE) von Trennllächen
11 I '" gekernte Strecke
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..
2.3.6 Boden- und Felsklassen nach DIN 18 300 (VOB, Teil C)
Klasse 1: OberbodenOberste Schicht des Bodens, die neben anorganischen Stoffen, z. B. Kies-, Sand-,Schluff- und Tongemischen, auch Humus und Bodenlebewesen enthält.
Klasse 2: Fließende BodenartenBodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasserschwer abgeben.
Klasse 3: Leicht lösbare BodenartenNichtbindige bis schwachbindige Sande, Kiese und Sand-Kies-Gemische mit bis zu15% Beimengungen an Schluff und Ton (Korngröße kleiner als 0,06 mm) und mit höchstens 30% Steinen von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 rn" Rauminhalt *).
Organische Bodenarten mit geringem Wassergehalt (z, B. feste Torfe).
Klasse 4: Mittelschwer lösbare BodenartenGemische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit mehr als 15% der Korngröße kleiner als0,06 mm.Bindige Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität, die je nach Wassergehaltweich bis halbfest sind und die höchstens 30% Steine von über 63 mm Korngröße biszu 0,01 rn" Rauminhalt *) enthalten.
Klasse 5: Schwer lösbare BodenartenBodenarten nach den Klassen 3 und 4, jedoch mit mehr als 30% Steinen vonüber 63 mm Korngröße bis zu 0,01 rn" Rauminhalt *).Nichtbindige und bindige Bodenarten mit höchstens 30% Steinen von über 0,01 rn"bis 0,1 rn" Rauminhalt *).Ausgeprägt plastische Tone, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind.
Klasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare BodenartenFelsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt haben, jedochstark klüftig, brüchig, bröckelig, schiefrig, weich oder verwittert sind, sowie vergleichbare feste oder verfestigte bindige oder nichtbindige Bodenarten (z.B. durch Austrocknung, Gefrieren, chemische Bindungen).Nichtbindige und bindige Bodenarten mit mehr als 30% Steinen von über 0,01 rn"bis 0,1 rn" Rauminhalt*).
Klasse 7: Schwer lösbarer FelsFelsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hohe Gefügefestigkeit haben und die nur wenig klüftig oder verwittert sind.Festgelagerter, unverwitterter Tonschiefer, Nagelfluhschichten, Schlackenhalden derHüttenwerke und dergleichen.Steine von über 0,1 m3 Rauminhalt *).
*) 0,01 m 3 Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von ~ 0,30 m.
0,1 m" Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von ~ 0,60 m.
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2.3.7 Beurteilung der Frostempfindlichkeit von Böden
Klassifikation der Frostempfindlichkeit von Bodengruppen(ZTVE-StB 94 Fassung 1997, S. 132, Tab. 1):
FI
F2
F3
Frostcmpfindlichk eil
nicht frostempfindlieb
gering bis mittelfroslempfindlich
sehr froslempfindlich
Dodengruppcn (DIN 18196)
GW,GI,GESW, sr, SE
TAOT, Oll, OK
ST, GT J')SU, GU
TL,TMUL, UM, UAOUST',GT',SU', GU'
Anmerkung:
I) zu F 1 gehörig bei einem Anteil an Korn unter 0,063 nun von
5,0 Gcw .•% bei U 2: 15,D oder 15,0 Gew.·% bei U:s 6,D.
IIIl Bereich 6,0 < U < 15,0 kannder für eine Zuordnungzu F 1 zulässige Anteil anKorn unter 0)06) nun linear interpoliert werden (s. Bild].
Anleil d <O,05JrnmIGew.'/,1 5" GI'
SU' GU' r )15 .f-:----r-r-r.,-".- - - - - - - - - --
Beurteilung der Frostempfindlichkeit nach Schaible
Ton!.700 . r idn
01'0
feinSond
Im/fiel
Iorob fein
Kiesmilld
II
. plerorDb nc 0
I! 20 mm 00
Technische Universität Darmstadt • Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen1\11 trvrvrv oV"TIL.VVV
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik
2.4 Proctorversuch (nach DIN 18127)
Seite 2.4-1
Bei bindigen Böden ist die Verdichtungsfähigkeit sehr stark vom Wassergehalt desBodens abhängig. Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichtenLagerungsdichte (Verdichtung) dient die Proctordichte (PPr)' die in einem genormten Verdichtungsversuch, dem Proctorversuch, zusammen mit dem für die Verdichtung günstigsten Wassergehalt ermittelt wird.
Die Auftragung und Auswertung erfolgt in Form einer Proctorkurve
Die Trockendichte Pd' die dem höchsten Punkt der. Kurve entspricht, ist die Proctordichte PPr' der zugehörige Wassergehalt der optimale Wassergehalt wPr,
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmäßig durch den
Verclichtungsgrad DPr =PPr
ausgedrüc kt.
Proctor - Kurve
"00-
J!!x:u-0C<U
-'"Uot-
Wosscrgcholl w
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Sättigungslinie:
Die Sättigungslinie liefert die Beziehung zwischen der Trockendichte Pd und dem Wassergehalt w
für die jeweilige Sättigungszahl.
Ps
1 w· Ps+---Sr'Pw
Geräte
Form C
Fallgewicht (Stahl)
Form A
Führungs-
r! I , / st ange
/ Form B
I, rJ>16
.c: 'Aufschlag- "l
I, stück (St ahl) ! 1rJ>16
mit Feder. I
I
: ~ Versuchszylinder-1'I
~I
~ __ Aufsatzring
I- - -L,
IIIIr{----
/Grundplat t e
CIE~=s===I=Z:Q2J
Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte Handbetätigtes Verdichtungsgerät
Bestimmung der Proctordichte QPr
Maße des Versuchszylinders Maße und FaJlgewicht des
IVersuchsbedingungen
nach Bild 1 Verdichtungsgerätes nach Bild 2
IFall-
IAnzahl der
IAnzahl
d, h, a S, Form dz hz ') gewicht m ') Schläge derkg je Schicht Schichten
100 I 120 :?: 7,5 11 A 50 300 I 2,5 25 I 3
150 125 :?: 9,0 14 B 7S 450 4,5 22 I 3
250 200 :?: 14,0 20 C 125 600 15,0 22 I 3
I) Grenzabweichungen : ± 0,004 . h: bzw. ± 0,004 ' In
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0,300.250,20
<,
V-------~-- - _verbesserter Proctor- Versuch _
0,150,10
1,50
1,25
"0 1,75 I------t-------"'-{:-------j------jCL
"s:u
Abhängigkeit derProetor - Kurven vonder Yerdichtungsenergie
t
w_
t2,20
2,10~I
I-- weilgestufter ,schwa eh toniger Sand
2,00 f----+---___j_---j-----j-----j---i
0,300,25
anorganischer,nichT plast ischerSchluff ---j
~
0,15 0,20
l/hcx::hpla~l ische0../ Ton
0,10
./ 1"-magerer Ton I
0,05
enggestufter .-lSand· 1""'- 7'" I
/
o
I,GO
1,SO
1,90 ~---+--7""~:::~-..J---+_--_j----12'~-5 1,80-0c"-i':j 1,70
E?I-
Abhängigkeit derProdor - Kurven vonder Bodena rt
w --
Sr = 1,0Sr = 0,9Sr = 0.8
0,)')0.25
'~ r-~ ---1---
0,200.150,100,05
1.75
1,50
1,25
E 2,25
~..cu
-acu~uoI-
CE 2,00
I 2, 50 f-~-_j_---+_---+---I---___j_---j
Proetor- Kurve mitSättigungslinien fürSr = 0,8 ; 0,9 ; 1,0
w_
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2.5 Wasseraufnahmevermögen
Als Wasseraufnahmevermögen 0VmaJ bezeichnet man die Eigenschaften desgetrockneten Bodens, kapillar Wasser anzusaugen und zu. halten. Es ist abhängigvon der Plastizität eines Bodens bzw. der Art der Tonminerale. Die Angabe derangesaugten Wasserrnenge wird auf die Trockenmasse bezogen und als Wasserbindevermögen (Wb) bezeichnet.
= Wrnax [g] . 100 [Trockengewichts-%]G t [g]
1 Verbindungsrohr.Z Meflpipette 1cm3 oder Zcm3
für wb .> 100%3 Trichter mit Glasfilterplatte
Porosität G2EinfülltrichterVerdunstungsschutz für t > 30min3
/YI"(j!/ 114 .
5ebY~I;' 4
! ,J. 5
'(-1: r::="'<::::==~===, .
Wasseraufnahmegerät nach ENSLlN-NEFF
O. I 2 J 4 S 5 7 tIZeH i;
9 10 11 TZ min 14
Co-ße/l/onll
I:oollnOuarune!J/
Zellt (min.)
Ermittlung der WasscraufnahmefiihigkeitAbhängigkeit der Wasscnufnahmef:ihigkeil vom
Tongehalt und von der Art der Tonminerale
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2.6 Bestimmung des Kalkgehaltes von Böden
Seite 2.6 - 1
2.6.1 Kalkgehaltsbestimmung nach DIN 18129
Der Kalkgehalt eines Boden$ ist der durch gasometrischeKohlendioxidbestimmung ermi ttel te Massenanteil anGesamtkarbonaten mca bezogen auf die Trockenmasse rod desBodens.
m CaV,c ==--
a md
4
~
3 -~
2 -1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphärischer Druck5 Meßskale6 . Meßzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsäure9 Bodenprobe
10 Gasentwicklungsgefäß11 Aufnahmegefäß12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14, 15, 16 Absperrhähne
Gasometer, schematische Versuchsanordnung nach DIN 18129
2.6.2 Näherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes imFeldversuch nach DIN 4022
Die üb~rschlägige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolg~ mitverdünnter Salzsäure (Wasser zu Salzsäure 3:1)
Faustregel für den Feldversuch (nach DIN 4022)
kalkfrei
kalkhaltig
stark kalkhaltig
kein Aufbrausen (~ 1%)
schwaches bis deutliches Aufbrausen,nicht anhaltendes Aufbrausen
starkes, anhaltendes Aufbrausen (~ 5%)
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03/2003
BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.7 - 1
2.7 Bestimmung von organischen Beimengungen in Böden nach DIN 18 128
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird überdie Bestimmung des Massenverlustes durch Glühen desBodens bei 550 0 im Muffelofen nach DIN 18128 bestimmt.
Der Glühverlust Vg 1 eines Bodens ist der auf dieTrockenmasse md bezogene Massenverlust .6mglf den der Bodenbeim Glühen erleidet:
Hierin bedeuten:
md Trockenmasse des Bodens vor dem Glühenmg 1 Masse des Bodens nach dem Glühen
Bei Auftreten organischer Beimengungen werden nach DIN1054 (2.1.1.3), nichtbindige Böden ab 3% und bindigeBöden ab 5% als organische Böden bezeichnet. Aborganischen Beimengungen > 20% handelt es sich umhochorganische Böden, die für Gründungszwecke ungeeignetsind.
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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.8·1
2.8 Literatur
siehe Kapitel 1.5
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