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Klassifikation der Böden E.1

Lehrstuhl für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau

Vo/Hy 02.02.16 C:\Users\zg\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Outlook\GN1XBHH6\VorlG-E-

Klassifikation.doc

E Klassifikation von Boden und Fels

E.1 Allgemeines zur Klassifikation

Klassifizierungssysteme dienen der Ordnung und Organisation komplexer Strukturen, wobei sie zielgerichtet Ähnlichkei-

ten von Eigenschaften und Verhalten bei der Bildung von Klassen berücksichtigen.

Um in der Bodenmechanik zu analytischen Aussagen über das mechanische Verhalten der vielen natürlichen Bodenarten

zu kommen, fasst man sie zu Baugrund-Gruppen von jeweils mechanisch ähnlichem Verhalten zusammen.

Die Klassifizierung kann auch unter anderen Gesichtspunkten vorgenommen werden. So gibt z.B. DIN 18196 (06/2006)

eine Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke an. Weitere Klassifizierungen betreffen beispielsweise die Frostsi-

cherheit, Lösbarkeit, Durchlässigkeit, Aggressivität oder Verwertbarkeit.

Eine primäre Klassifizierung unterscheidet zwischen Festgestein (rock) und Lockergestein (soil), wobei in der Regel als

einfaches Merkmal dient, ob eine Gesteinsprobe im Wasser zerfällt. Das Merkmal ist allerdings für lösliche Gesteinsarten

- Salinargesteine - untauglich.

E.2 Klassifizierung von Fels

Abweichend von Böden, in denen die Vielzahl von Körnern in einem allenfalls statistisch erfassbaren Zusammenspiel be-

trachtet wird, wird im Fels ein festes Grundmaterial betrachtet, das einerseits durch seine Festigkeit und Härte zu beschrei-

ben und zu klassifizieren ist, vor allem aber durch seine Trennflächen: Schichtflächen und Klüfte, sowie deren Abstände und

Orientierung. Im Fels ist grundsätzlich zwischen dem Gestein (mit häufig hoher Festigkeit) und dem Gebirge zu unterschei-

den, welches vom Verband und den Trennflächen geprägt ist und deshalb eine (meist deutlich) geringere Festigkeit als das

Gestein aufweist. Entsprechend z.B. dem Merkblatt über Felsgruppenbeschreibungen für bautechnische Zwecke im Straßenbau, aber auch

IAEG(1981), MATULA (1981), PRINZ (1991) und EICHLER (2000), werden bei Festgesteinen Klassifizierungen nach der

Petrografie, der Gesteinsfestigkeit und -härte, der Kornbindung, dem Abstand der Haupttrennflächen, ihrer Neigung sowie

der Verwitterung vorgenommen, die nachfolgend tabellarisch wiedergegeben sind. Kurzzeichen Bezeichnung Beispiel

MA Magmatische Gesteine Granit, Basalt, Porphyr

ME Metamorphe Gesteine Gneis, Glimmerschiefer

SF feinkörnige

Sedimentgesteine

Tonschiefer, Tonstein,

Schluffstein

SG grobkörnige

Sedimentgesteine

Sandstein, Grauwacke,

Konglomerate

QU quarzitische Gesteine Quarzit, Kieselschiefer

KA karbonatische Gesteine Kalkstein, Dolomitstein,

Mergelgestein

Tabelle E02.10: petrografisch - gewinnungstechnische Bezeichnungen

Bezeichnung der Festigkeit nach

IAEG-Empfehlung

Gesteinsdruck-

festigkeit (MN/m2)

Gering 1,5 - 15

Mäßig 15 - 50

Fest 50 - 120

sehr fest 120 - 230

extrem fest > 230

Bezeichnung der

Festigkeit

Gesteinsdruck-

festigkeit (MN/m2)

sehr mürb 0,6 - 1,25

mürb 1,25 - 5

mürb - hart 5 - 12,5

mäßig hart 12,5 - 50

hart 50 - 100

sehr hart > 100

Tabelle E02. 20: Felsklassifikationen entsprechend der Gesteinsdruckfestigkeit

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Kornbindung /

Festigkeit Geländeversuch

sehr gut mit Stahlnagel / Messer nicht ritzbar,

Hammer federnd + klingend

gut mit Stahlnagel / Messer schwer ritzbar,

Hammer klingend

mäßig mit Stahlnagel / Messer leicht ritzbar,

mit Hammer leicht zu zerschlagen,

klingend

schlecht bzw. fest Abreiben von Gesteinsteilchen mit den

Fingern leicht möglich bzw. mit dem Fin-

gernagel ritzbar

mürbe bzw. milde Kanten mit den Fingern abbrechbar

entfestigt Gestein mit den Fingern zerdrückbar

Tabelle E02.30: Klassifikation der Kornbindung (DIN EN ISO 14689-1, NA. 5)

mittlerer Abstand (cm)

Toleranz ± 20 %

Bezeichnung

der Klüftung

Bezeichnung der

Schieferung / Schichtung

< 1 - blättrig

1 – 5 sehr stark

klüftig

dünnplattig

5 – 10 stark klüftig dickplattig

0 – 30 klüftig dünnbankig

30 – 60 schwach klüftig dickbankig

> 60 kompakt massig

Winkelbereich (°)

Toleranz ± 5°

Bezeichnung

0 - 10 söhlig

10 - 30 flach

30 - 60 geneigt

60 - 90 steil

Tabelle E02.40: Bezeichnungen zur Klassifizierung von Fels nach Haupttrennflächen und ihrer Neigung

(ZTVE StB 94, Tab. 31 nach FGSV) Sedimentgesteine: Wind- und Wassersedimente älterer Erdperioden, wurden unter dem hohen Druck jüngerer Überlagerun-

gen und in Verbindung mit chemischen Umbildungen der Minerale zu Gestein verfestigt (Diagenese). Dabei bleiben im Ge-

füge Trennflächen erhalten oder tektonisch bedingt entstehen weitere Trennflächen (z.B. Klüfte, siehe Bild D07.70), in denen

bei späterer Druckabnahme - etwa infolge Erosion der Deckschichten - die Verwitterung z.B. durch Hydrolyse oder Oxydati-

on ansetzt. Auch in magmatischen und metamorphen Gesteinen setzt physikalische und chemische Verwitterung an Trenn-

flächen ein. Im Verlauf des fortschreitenden Verwitterungsprozesses zerfällt der zunächst feste Tonstein, Kalkstein, Schluff-

stein, Sandstein oder auch Granit (wieder) in ein zunehmend feinkörniges Lockergestein. Bei von der Verwitterung schnell

und stark beeinflussbaren Gesteinen spricht man von veränderlich festen Gesteinen. Proben aus daraus entstehenden

Verwitterungsböden lassen sich, wie die Veränderung der Korngrößenverteilung für einen Keupermergel in Bild E02.10 bei

fortschreitender Entfestigung durch Verwitterung zeigt, deswegen nicht allein durch die Korngröße klassifizieren, sondern

man muss auch den Verwitterungsgrad einbeziehen.

Bild E02.10: Körnungslinien bei fortschreitender

Verwitterung; die "Sandfraktion" bei geringerer Ver-

witterung besteht aus Tonsteinteilchen Korngröße d [mm]

zunehmende Verwitterung

Ge

wic

hts

an

teil

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Nach CHANDLER (1969) lassen sich für Tonsteine folgende Verwitterungszonen qualitativ unterscheiden (zur quantitativen

Bestimmung s.a. MACK, 1981): Zone 1 - fester Tonstein, meist klüftig. 10 - 35 % Tongehalt; w = 5..15 %;

Zone 2 - angewitterter Tonstein mit voll ausgebildeten Kluftscharen, aber praktisch noch ohne Kluftfüllung. Kluft-

Trennflächen dünn mit Schluff beschichtet. Erste Anzeichen chemischer Verwitterung. Ton- und Wassergehalt wie

in Zone 1;

Zone 3 - Tonmergel mit Ton und Schluff als Grundsubstanz, in die Kluftkörper als Brocken eingebettet sind. Mittelwert von

w = 12..20 %; in den Brocken deutlich weniger. Die Grobanteile bilden noch ein tragfähiges Korngerüst, solange die

Brocken noch nicht durch mechanische Beanspruchung zerrieben werden;

Zone 4 - vollständig ausgewitterter Tonmergel mit über 50 % Tonanteil, w über 30 %. Nur noch vereinzelte Grobbestandtei-

le, die ohne gegenseitigen Kontakt im weichen Material eingebettet sind ("schwimmen").

Da die Verwitterung alle Arten von Gesteinen betrifft, existieren auch für Sandsteine, Kalksteine, Mergel, Sulfatgesteine

etc. Klassifizierungen zur Verwitterung. (Häufig 5 oder 6 Klassen (V0 bis V5, W1 bis W5, Vs1 bis Vs6). Nach dem Merk-

blatt für die Felsgruppenbeschreibung werden vier Verwitterungsgrade unterschieden.

Kurz-

zei-

chen

Bezeich-

nung

Merkmal Gestein Merkmal Gebirge

VU unverwittert unverwittert, frisch,

kein Verwitterungseinfluss erkennbar

keine verwitterungsbedingte

Auflockerung an Trennflächen

VA angewittert auf frischer Bruchfläche Verwitterung von einzelnen

Mineralkörnern erkennbar (Lupe),

beginnende Mineralumbildung und Verfärbung

Teilweise Auflockerungen

an Trennflächen

VE entfestigt durch Verwitterungsvorgänge gelockertes,

jedoch noch im Verband befindliches Mineralgefüge,

meist in Verbindung mit Mineralumbildung,

insbesondere mit und an Trennflächen

vollständige Auflockerung

an Trennflächen

VZ zersetzt noch im Gesteinsverband befindliches, durch Mineral-

neubildung verändertes Gestein ohne Festgesteins-

eigenschaften (z. B. Umwandlung von Feldspäten zu

Tonmineralen, von Tonschiefer zu Ton)

Kluftkörper ohne

Festgesteinseigenschaften

Tabelle E02.50: Verwitterungsgrad nach dem Merkblatt für die Felsgruppenbeschreibung

Die Verwitterung von Graniten ist in SCHOLZ (2003) beschrie-

ben. Er unterscheidet deutlich zwischen der Verwitterung im

Gebirgsverband (Bild E02.30) und der im Korngefüge (Bild

E02.20). Die Verwitterung im Gebirge dringt von den Kluftflächen

ausgehend in den Kluftkörper vor. Dabei bilden sich in vielen

Fällen Zonen unterschiedlicher Verwitterungsstufen aus, die er

in Stufen Vs1 bis Vs6 unterteilt. Da sich die Verwitterungspro-

zesse an den Ecken und Kanten stärker als auf den Kluftflächen

auswirken, runden sich die Kluftkörper häufig im Zuge der Ver-

witterung zu charakteristischen Wollsäcken. Endprodukt der

Verwitterung von Graniten ist reiner Ton, z.B. Kaolin. Auch bei Böden gibt es Verwitterungsprozesse, z.B. vom Löss

(kalkhaltiger Schluff) zum Lösslehm (entkalkter schluffiger Ton). Typisch ist stets, dass mit der Verwitterung eine Abnah-

me der Korngröße und Dichte einhergeht.

Bild E02.20: Trockenrohdichte und Porenraum in

Abhängigkeit von der Verwitterung, ermittelt an

Tittlinger Granit.

Verwitterungsstufe

Porenraum [%]

Trockenrohdichte [g/cm³]

Porenraum

Trockenroh-

dichte

Seite


Schematische Darstellung der Verwitterung von

Kluftkörpern aus Granit

Foto eines zoniert verwitterten Kluftkörpers aus

Königshainer Granit Legende: a) frischer Granit (Vs1) b) angewitterter Granit (Vs2) c) Rostfront (Vs2 bis Vs4)

d) Zone der Ausbleichung (Vs3 bis Vs5) e) Zersatzzone (Vs4 bis Vs6) f) Granitgrus Bild E02.30: Verwitterung von Granit im Gebirgsverband (SCHOLZ, 2003)

E.3 Klassifizierung von Lockergestein nach der Korngröße

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

durch Wasser- und Luftbewegung entsteht ein Konglomerat von Körnern, das man petrografisch durch die Korngrößen d

[mm] klassifiziert. Dabei wird der Durchmesser des Bodenkorns zugrunde gelegt, der für den Durchgang durch ein Sieb

maßgebend ist, auch wenn die tatsächliche Kornform hiervon abweicht. Die Benennung erfolgte bisher nach DIN 4022-1,

seit Januar 2007 gilt DIN EN ISO 14688-1. In Tabelle E03.10 sind die Bezeichnungen nach beiden Normen vergleichend

dargestellt. Da die Klassifizierung von Lockergestein nach der Korngröße in der Praxis noch häufig nach DIN 4022-1

erfolgt, wird in diesem Abschnitt die Vorgehensweise bei der Klassifizierung für beide Normen dargestellt. Der prozentuale Gewichtsanteil einer Korngröße am Gemisch wird bei den Grobanteilen (d > 0,06 mm) durch Sieben, bei

den Feinanteilen durch Schlämmen - Schlämmanalyse - bestimmt (DIN 18123).

Bei der Siebung wird eine ofentrockene (105 °C) Probe durch eine genormte Serie von Sieben geschüttelt. Die ermittel-

ten Korngrößen werden der Nennweite des Siebes zugeordnet, durch das sie zuletzt hindurchgefallen sind.

Bei der Schlämmanalyse (Sedimentation) wird die Bodenprobe in Wasser zu einer Suspension aufgerührt und diese im

Standglas sich selbst überlassen. Die in der Suspension enthaltenen Körner sinken unterschiedlich schnell zu Boden,

zuerst die großen, langsamer die kleinen. Mit dem Absinken der Körner ändert sich die Dichte der Suspension, die mit

Hilfe eines Aräometers in festgelegten Zeitabständen gemessen wird. Mit Hilfe eines Nomogramms, welches von Casa-

grande nach dem Stoke'schen Gesetz aufgestellt worden ist, kann so der Massenanteil der verschieden großen Körner

ermittelt werden. Entsprechend den Versuchen zur Korngrößenbestimmung wird nach nichtbindigen (oder auch grobkörnigen) sowie bin-

digen (oder auch feinkörnigen) Böden unterschieden. Der Begriff "gemischtkörnige Böden" wird nach DIN 4022-1 ver-

wendet, wenn in einem Boden 5 % bis 40 % feinkörnige Anteile enthalten sind. Das Ergebnis wird gewöhnlich in Form einer Summenlinie, bezeichnet als Sieblinie (auch Körnungslinie) (siehe Bild

E03.10) aufgetragen. Die zu Bild E03.10 gehörende Kornverteilungslinie im Sinne einer Häufigkeitsverteilung zeigt Bild E03.20. Das Beispiel ist

ein norddeutscher Wattsand. Gelegentlich wird zur Kennzeichnung eines nichtbindigen Bodens auch ein Körnungsdrei-

eck benutzt, bei dem man die drei am stärksten vertretenen Hauptbodenarten über den 3 Seiten aufträgt. Diese Darstel-

lung ist aber nicht zu empfehlen; sie sagt weniger aus als eine Kornkennzahl.

Zur digitalen Darstellung eignet sich die Kornkennzahl Cl/Si/S/G (T/U/S/G nach DIN 4022-1), die im dargestellten Fall

05/29/52/14 wäre.

a)

a)

c)

b)

c)

d) e) f)

b)

c)

d)

a) b)

c) d)

Seite


0,2 0,5 2 6 20 60

0,002

0,006

0,02

0,06

100

80

60

40

20

0

Cl Si Sa Gr Co

d10=0,006 d30=0,043

d60=0,30

Korngröße d [mm]

Gewichtsanteil [%

]

Bild E03.10: Beispiel für eine Sieblinie Bild E03.20: Kornverteilungslinie Aus der Sieblinie kann der "wirksame Korndurchmesser" d10 entnommen werden, der für die Beurteilung der Durchläs-

sigkeit eines Bodens erfahrungsgemäß ein guter Indikator ist.

Die Form der Sieblinie lässt sich stark vereinfacht durch die Ungleichförmigkeitszahl Cu (auch U)

Cu = d60 / d10

kennzeichnen; differenzierter durch Hinzunahme der Krümmungszahl (DIN 18196 (06/2006), S. 2)

Cc = (d30)2 / (d10⋅d60).

Wenn CU > 6 und Cc zwischen 1 und 3 liegen, nennt man den Boden weitgestuft. Das Gegenstück ist der enggestufte

Boden. Bei Ausfallkörnungen spricht man von intermittierender Stufung (treppenartiger Verlauf der Sieblinie).

Bild E03.30: Beispiel (Wattsand) für einen enggestuften

Boden: Bandbreite der innerhalb einer Schicht gemesse-

nen Körnungslinien

Bild E03.40: Beispiel (Geschiebemergel) für einen weitge-

stuften Boden: Bandbreite der innerhalb einer Schicht

gemessenen Körnungslinien

Schlämmkorn

100

80

60

40

20

Siebkorn

0

20

40

60

80

Sandkorn Kieskorn Schluffkorn Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob-

Fein

stes

d [mm]

Ge

wic

hts

an

teil

[%]

Schlämmkorn

100

80

60

40

20

Siebkorn

0

20

40

60

80

Sandkorn Kieskorn Schluffkorn Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob-

Fein

stes

d [mm]

Ge

wic

hts

an

teil

[%]

Korngröße d [mm]

Gewichtsanteil [%]

0,002

0,006

0,02

0,06

0,2

0,6

2,0

6,0

20

60

20

10

Seite


Bereich

(DIN EN ISO

14688-1)

Benennung

(DIN EN ISO

14688-1)

Kurzzeichen

(DIN EN ISO

14688-1)

Kurzzeichen

(DIN 4022-1)

Korngrößenbereich

[mm]

manuelle Bestimmung

sehr grobkörni-

ger Boden

großer Block LBo [-] > 630

Block Bo Y > 200 - 630 Kopfgröße

Stein Co X > 63 - 200 größer als Hühnereier

grobkörniger

Boden

Kies

Grobkies

Mittelkies

Feinkies

Gr

CGr

MGr

FGr

G

gG

mG

fG

> 2 - 63

> 20 - 63

> 6,3 - 20

> 2,0 - 6,3

Hühnerei

Haselnuss

Erbse

Streichholzkopf

Grieß

Sand

Grobsand

Mittelsand

Feinsand

Sa

CSa

MSa

FSa

S

gS

mS

fS

> 0,063 - 2,0

> 0,63 - 2,0

> 0,2 - 0,63

> 0,063 - 0,2

feinkörniger

Boden

Schluff

Grobschluff

Mittelschluff

Feinschluff

Si

CSi

MSi

FSi

U

gU

mU

fU

> 0,002 - 0,063

> 0,02 - 0,063

> 0,0063 - 0,02

> 0,002 - 0,0063

gering plastisch 1)

trocken: gut zu Staub

zerdrückbar;

feucht: mehlig, stumpf,

bröckelt;

im Wasser: wird leicht zu

Brei, starke Trübung des

Wassers;

Ton Cl T < 0,002

ausgeprägt plastisch

trocken: nur zu zerbre-

chen;

feucht: seifig, glänzig,

knetbar, vom Finger nur

abzuwaschen;

im Wasser: schwer auf-

zuweichen, geringe Trü-

bung des Wassers;

1) Zur Unterscheidung von Schluff und Ton ist auch der Schüttelversuch 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.

Tabelle E03.10: Benennung der Bodenkörner nach ihrer Größe (nach DIN EN ISO 14688-1, Tab. 1 und DIN 4022-1)

Die Kürzel "Cl", "Si", "Gr", "Co" und "Bo" stehen für die englischen Begriffe der Bodenarten "Clay", "Silt", "Sand", "Gravel",

"Cobbles" und "Boulder".

Die granulometrische Bezeichnung der Böden, z.B. als Kies, Sand, Ton oder Schluff richtet sich entsprechend DIN 4022

nach der mit über 40 % vertretenen Hauptbodenart. Wenn 2 Gruppen mit je mindestens 40 % vertreten sind, werden

beide als Substantiv genannt, z.B. "Kies und Sand". Mit nachgestelltem Adjektiv bezeichnet man Gruppen von geringe-

rem Anteil, z.B. Sand, schluffig. Dabei werden zusätzlich die Beiworte schwach und stark verwendet, wenn

- bei grobkörnigen Nebenanteilen ein Anteil unter 15 % (schwach) oder zwischen 30 % und 40 % (stark) vorhanden ist

bzw.

- bei feinkörnigen Anteilen (z.B. schwach schluffig oder stark tonig) davon ein besonders geringer oder besonders starker Einfluss auf das Verhalten des Bodens ausgeht.

Beispiel: "Sand, schwach tonig, stark kiesig" bzw. abgekürzt: S, t', g*. Die Regularien der Benennung der Bodenart nach DIN 4022 sind in Tabelle E03.20 zusammengestellt.

Seite


Bezeichnungen

für

Bodenart nach DIN 4022

feinkörnig Massenanteil < 0,06 mm:

> 40 %

gemischtkörnig Massenanteil < 0,06 mm:

≤ 40 % und ≥ 5 %

grobkörnig Massenanteil < 0,06 mm:

< 5 %

- Grobkorn schwimmt in Feikornmatrix

- knetbar - mind. mittlere Trocken-festigkeit DIN 4022

- Grobkorn bildet Korngerüst

Hauptanteil

T bzw. U (nach bestimmenden Eigenschaften, nicht nach KV!) G bzw. S

(Je nach größerem Massenanteil.

Sind sie etwa gleich groß (ca. 40 % - 60 %)),

dann G und S aus Plastizitäts-

diagramm:

U - Ip ≤ 4 oder

- unterhalb d. A-Linie

T - Ip ≥ 7 oder

- oberhalb d. A-Linie

feinkörnige

Nebenanteile

T, u bzw. U, t Wenn weniger als 3 % über oder unter der A-Linie

Allgemein nach den Eigenschaften und dem Einfluss

des feinkörnigen Nebenanteils (siehe Plastizität)

Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei feinkör-

nigen Nebenanteilen nicht verwendet

Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei fein-

körnigen Nebenanteilen nur verwendet, wenn sie von

besonders geringem bzw. besonders großen Einfluss

auf den Boden sind (nicht nach KV !)

grobkörnige

Nebenanteile

"schwach", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 5 % und 15 % beträgt

"stark", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 30 % und 40 % beträgt

Tabelle E03.20: Regularien der Benennung der Bodenarten nach DIN 4022

Bezeichnun-

gen für

Bodenart nach DIN EN ISO 14688-1

feinkörnig (Boden klebt im nassen

Zustand)

gemischtkörnig grobkörnig (Boden klebt im

nassen Zustand

nicht)

sehr grobkörnig Massenanteil

> 63 mm

> 50%

- knetbar

- mindestens

mittlere Tro-

ckenfestig-

keit nach

DIN EN ISO

14688-1

Hauptanteil

Cl bzw. Si (nach bestimmenden Eigenschaften, nicht

nach Kornverteilung);

Unterscheidung über:

- Trockenfestigkeit

- Rüttelversuch

- Knetversuch

- Reibe-/ Schneidversuch

(Genaue Unterscheidung nur mit Plastizitäts-

diagramm möglich)

Gr bzw. Sa (Je nach größerem Massenanteil. Sind sie

etwa gleich groß, dann Gr / Sa)

Co bzw. Bo (Je nach größerem

Massenanteil)

feinkörnige

Nebenanteile

Bei feinkörnigem Hauptanteil wird kein fein-

körniger Nebenanteil genannt.

allgemein nach den Eigenschaften und dem Einfluss des fein-

körnigen Nebenanteils (siehe Plastizität)

Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei feinkörnigen

Nebenanteilen nur verwendet, wenn sie von besonders geringem

bzw. großen Einfluss auf den Boden sind (nicht nach Korngrö-

ßenverteilung)

grobkörnige

Nebenanteile

"schwach", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 5 % und 15 % beträgt

"stark", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 30 % und 40 % beträgt

Tabelle E03.30: Regularien der Benennung der Bodenarten nach DIN EN ISO 14688-1

Seite


Die granulometrische Bezeichnung der Böden, z.B. als Kies, Sand, Ton oder Schluff richtet sich entsprechend DIN EN

ISO 14688-1 nach der am stärksten vertretenen oder die Eigenschaften bestimmenden Hauptbodenart (Hauptanteil).

Wenn 2 Korngrößenbereiche mit etwa gleichen Masseanteilen vertreten sind, werden beide als Substantiv genannt und

durch einen Schrägstrich getrennt, z.B. Kies/Sand. Korngrößenbereiche von geringerem Anteil (Nebenanteile) werden als

Adjektive dem Hauptanteil beigefügt, z.B. Sand, schluffig. Dabei werden zusätzlich die Beiworte schwach und stark ver-

wendet, wenn

- bei grobkörnigen Nebenanteilen ein Anteil unter 15 % (schwach) oder über 30 % (stark) vorhanden ist bzw.

- bei feinkörnigen Anteilen (z.B. schwach schluffig oder stark tonig) davon ein besonders geringer oder besonders starker Einfluss auf das Verhalten des Bodens ausgeht.

Beispiel: "Sand, schwach tonig, stark kiesig" bzw. abgekürzt: cl' gr* Sa. Die Regularien der Benennung der Bodenart nach DIN EN ISO 14688-1 sind in Tabelle E03.30 zusammengestellt.

E.4 Klassifizierung nichtbindiger Böden nach der Lagerungsdichte

Nichtbindige Böden werden nach der Lagerungsdichte, siehe Kapitel C, "Elementare Bodeneigenschaften", klassifiziert.

Die Lagerungsdichte und bezogene Lagerungsdichte als Zahlenwerte werden mit Hilfe von Porenzahl und Porenanteil bei

lockerster, dichtester sowie vorhandener Lagerung bestimmt oder aus empirischen Beziehungen aus Sondierungsergeb-

nissn näherungsweise abgeleitet. Bei der Benennung der Lagerungsdichte werden die in den folgenden Tabellen ver-

wendeten Bezeichnungen verwendet. Dabei ist die Ungleichförmigkeit des Bodens zu beachten und bei den Sondierun-

gen auch, ob sie oberhalb oder unterhalb des Grundwasserspiegels liegen. In der Tabelle sind außerdem typische Anga-

ben über zugehörige Größen des auf die Proctordichte bezogenen Verdichtungsgrades, des Spitzenwiderstands der

Drucksonde und des Eindringwiderstands von Rammsondierungen aufgeführt. Die Ergebnisse bei Sondierungen sind

stark von der Korngrößenverteilung des Bodens abhängig. Die Angaben können nur grobe Anhaltswerte darstellen. Bezeichnung bei Cu > 3

D (-)

Verdichtungsgrad

Dpr

Spitzenwiderstand

Drucksonde qs

(MN/m2)

Rammsondierungen

Schlagzahl

DPH N10 SPT N30

sehr locker < 0,2 0 – 5 0 – 4

locker 0,2 - 0,45 3 – 10 3 – 15

mitteldicht 0,45 - 0,65 ≥ 98 % ≥ 7,5 7 – 23 10 – 30

dicht > 0,65 ≥ 100 % ≥ 15 20 – >40 25 – >40

Tabelle E04.10: Bezeichnungen der Lagerungsdichte, Zuordnung zu Versuchsergebnissen bei ungleichförmigen

(Cu > 3) nichtbindigen Böden, je nach Korngrößenverteilung und Lage über oder im Grundwasser stark variierend

Bezeichnung bei Cu ≤ 3

D (-)

Verdichtungsgrad

Dpr

Spitzenwiderstand

Drucksonde qs

(MN/m2)

Rammsondierungen

Schlagzahl

DPH N10 DPL-5 N10

sehr locker < 0,15 < 2,0 0 – 1 0 – 3

locker 0,15 - 0,30 2,0 - 5,0 1 – 5 3 – 7

mitteldicht 0,30 - 0,50 ≥ 95 % 5,0 - 12,0 3 – 15 5 – 20

dicht 0,50 - 0,75 ≥ 98 % 12,0 - 20,0 13 – >25 > 20

sehr dicht 0,75 - 1

Tabelle E04.20: Bezeichnungen der Lagerungsdichte, Zuordnung zu Versuchsergebnissen bei gleichförmigen

(Cu ≤ 3) nichtbindigen Böden, über Grundwasser

E.5 Klassifizierung bindiger Böden nach der Plastizität

Bei bindigen Böden ist die Kornzusammensetzung allein kein ausreichendes Bestimmungsmerkmal; vielmehr muss ihre

Plastizität IP bestimmt werden: entweder qualitativ im Knetversuch nach DIN 4022-1, 8.7 ("leicht", "mittel", "ausgeprägt

plastisch" ) oder DIN EN ISO 14688-1, 5.8 ("gering", "ausgeprägt plastisch") oder quantitativ durch die Bestimmung der

Fließgrenze wL (Übergang vom flüssigen zum plastischen Zustand) und der Ausrollgrenze wP (Übergang vom plasti-

schen zum halbfesten Zustand) nach DIN 18122 Teil 1 (Atterberg-Grenzwassergehalte).

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Daraus folgt die Plastizität IP = wL - wP. Werte wL = 35 % bis

50 % kennzeichnen eine mittlere Plastizität. Bestimmung der Fließgrenze: im Fließgrenzenapparat von Casa-

grande (Bild E05.10). Eine Bodenprobe (nur Körnungsbereich <

0,4 mm) wird vor dem Versuch mit Wasser angereichert und gut

durchgeknetet. Sie wird in eine Messingschale gestrichen. In die

Probe wird eine definierte Furche eingeritzt. Durch Drehen einer

Handkurbel wird erreicht, dass die Schale wiederholt auf eine harte

Unterlage fällt. Dabei schließt sich die Furche. Der Wassergehalt

an der Fließgrenze wL (L für Liquid) ist dadurch bestimmt, dass

sich die Fuge nach 25 Schlägen auf einer Länge von 1 cm

schließt. Um diesen zu bestimmen, werden mehrere Versuche mit

verschiedenen Wassergehalten durchgeführt.

Bestimmung der Ausrollgrenze: Wieder wird eine Probe mit homo-

genem Wassergehalt aufbereitet. Sie wird danach auf Filterpapier

zu 3 mm dicken Röllchen ausgerollt, bis diese zu zerbröckeln

beginnen. Der dann vorhandene Wassergehalt wird als Ausroll-

grenze wp bezeichnet. Bestimmung der Schrumpfgrenze (DIN 18122, Teil 2). Mit abneh-

mendem Wassergehalt nimmt das Volumen einer bindigen Boden-

probe ab. Die Probe schrumpft dabei durch die Kapillarkraft des

eingeschlossenen Wassers. Ab einem bestimmten Wassergehalt,

der Schrumpfgrenze ws , findet keine Volumenabnahme mehr statt

(Bild E05.20).

Nach CASAGRANDE (DIN 18196, Bild 1) erhält man eine verbes-

serte Einordnung bindiger Böden durch grafische Auftragung der

Plastizitätszahl IP über der Fließgrenze wL in der Plastizitätskarte,

siehe Bild E05.30.

Ein nichtbindiger Boden ist durch die Plastizität 0 gekennzeichnet.

Schluffe, die sonst nicht immer leicht von Tonen äußerlich zu un-

terscheiden sind, kann man an ihrer niedrigen Plastizität erkennen: IP ≤ 4 % kennzeichnet in der Regel Schluff, IP ≥ 7

% dagegen in der Regel Ton. Etwas verwirrend ist der Gebrauch des Begriffs Ton bei leicht plastischen Tonen, die hinsichtlich der Kornverteilung

überwiegend aus Schluff bestehen.

Bild E05.10: Fließgrenzengerät nach Casagrande

(aus DIN 18122, Teil 1)

Bild E05.20: Ermittlung der Schrumpfgrenze

Seite


Bei gleichem Tongehalt entsprechend der Kornverteilung können

verschiedene Böden unterschiedliche Plastizitäten aufweisen.

Deshalb bildet man das Verhältnis von Plastizität (in %) zu Tonan-

teil (in %) und erhält die Aktivitätszahl IA nach SKEMPTON (1953).

Sie erlaubt einen Rückschluss auf die Mineralart des enthaltenen

Tons. Es wird unterschieden: Ia < 0,75: inaktiver Ton, Ia > 1,25: aktiver Ton, dazwischen normal

aktiver Ton. Beispiele von Aktivitätszahlen reiner Tone siehe Tabel-

le E05.10.

E.6 Konsistenz bindiger Böden

Die Plastizitätszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert, der noch nichts über den aktuellen Zustand eines bindigen

Bodens aussagt. Deswegen stellt man eine Beziehung von IP zum natürlichen Wassergehalt w durch Berechnen der

Konsistenzzahl IC her: I

w- w

w- w

w- w = I

P

L

PL

L

C = . Im Ausland ist auch der "liquidity index" IL = 1-IC gebräuchlich.

Den Konsistenzzahlen werden Zustandsformen zugeordnet:

Ein Boden ist flüssig breiig weich steif halbfest

wenn IC < 0 0 ÷ 0,5 0,5 ÷ 0,75 0,75 ÷ 1,0 > 1 ist. Von fester Konsistenz wird gesprochen, wenn der Wassergehalt unterhalb der Schrumpfgrenze liegt. Dies entspricht

etwa einer Konsistenzzahl Ic von > 1,25.

1) Die Plastizitätszahl von Böden mit niedriger Fließgrenze ist versuchsmäßig nur ungenau zu ermitteln. In den

Zwischenbereich fallende Böden müssen daher nach anderen Verfahren, z. B. nach DIN EN ISO 14688-1, dem Ton

und Schluffbereich zugeordnet werden.

Bild E05.30: Plastizitätsdiagramm mit A-Linie nach CASAGRANDE (DIN 18196)

Tonmineral Ak-

tivitätszahl

Kaolinit 0,33 ÷ 0,46

Illit 0,9

Calcium-Montmorillonit 1,5

Bentonit 7,2

Tabelle E05.10: Aktivitätszahlen für verschiedene

Tonminerale

Seite


Die Zustandsform (Konsistenz) eines bindigen Bodens kann im Feldversuch gemäß DIN 4022 wie folgt ermittelt werden:

- breiig ist ein Boden, der beim Pressen in der Faust zwischen den Fingern hindurchquillt. - weich ist ein Boden, der sich leicht kneten lässt. - steif ist ein Boden, der sich schwer kneten, aber in der Hand zu 3 mm dicken Röllchen ausrollen lässt, ohne zu reißen

oder zu zerbröckeln.

- halbfest ist er, wenn er bei 3 mm dicken Röllchen zwar bröckelt oder reißt, aber doch noch feucht genug ist, um ihn erneut zu einem Klumpen formen zu können.

- fest (hart) ist ein Boden, der ausgetrocknet ist und dann meist hell aussieht. Er lässt sich nicht mehr kneten, sondern nur zerbrechen. Ein nochmaliges Zusammenballen der Einzelteile ist nicht mehr möglich.

Auch Ramm- und Drucksondierungen sind geeignet, Hinweise auf die Konsistenz bindiger Böden zu geben. Erfahrungs-

werte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

E.7 Schrumpfmaß

Mit abnehmendem Wassergehalt nimmt das Volumen einer bindigen Bodenprobe ab. Die Probe schrumpft dabei linear

etwa im gleichen Umfang wie die Wassergehaltsabnahme durch die Kapillarkraft des eingeschlossenen Wassers. Ab

einem bestimmten Wassergehalt, der Schrumpfgrenze ws , findet keine Volumenabnahme mehr statt (siehe Bild E05.20).

Nach KRABBE (1958) kann die Schrumpfgrenze mit ws = wL - 1,25 · IP abgeschätzt werden.

Als Schrumpfmaß S wird das Maß bezeichnet, um welches sich eine Bodenprobe mit gegebenem Wassergehalt bis zum

Erreichen der Schrumpfgrenze verringert. Es ist besonders hoch in ausgeprägt plastischen Tonen mit hohem Wasser-

gehalt. Es sind viele Schäden an Häusern bekannt, die auf derartigen Tonen gebaut wurden. Haben sie z. B. steife Kon-

sistenz, so erscheinen sie als Baugrund geeignet. Bedingt durch eine Austrocknung des Bodens, z. B. durch Heizen in

Untergeschossen oder Wasserentzug durch Pflanzen, kann es zu erheblichen Schrumpfsetzungen kommen. SCHEIDIG

unterscheidet:

Schrumpfmaß S

(%)

Baugrundbeschaffenheit Schrumpf-

gefahr

< 5 gut gering

5 - 10 mittel mittel

10 - 15 schlecht groß

> 15 sehr schlecht sehr groß

Tabelle E07.10: Zusammenhang zwischen

Schrumpfmaß S, Baugrundbeschaffenheit und

Schrumpfgefahr

E.8 Organische und organogene Böden: Kalkgehalt und Glühverlust

Man unterscheidet organogene Böden, d.h. unter Mitwirkung von Organismen gebildete, aber in der Substanz anorgani-sche Böden wie Kalksande, Seekreide, Kieselgur, von organischen Böden, die teilweise aus Pflanzen- und Tierresten bestehen ("Mudde" oder "Faulschlamm": Gemisch organischer und anorganischer Schweb- und Sinkstoffe; "Torf": über-wiegend pflanzliches Zersetzungsprodukt mit hohem Glühverlust und Wassergehalten bis zu 1500 %). Der Gehalt an organischer Substanz wird durch den Glühverlust Vgl (Verhältnis des Gewichtsverlusts bei mäßigem Glü-hen zum Trockengewicht) bestimmt. Ein nichtbindiger Boden wird als "organisch" bezeichnet, wenn er über 3 % (Gew.), ein bindiger, wenn er über 5 % humose oder organische Bestandteile enthält. Zur Bestimmung siehe DIN 18128. In Böden mit deutlichen organischen Anteilen sind Verformungen aus Zersetzungsvorgängen zu beachten.

Konsis-

tenz

undränierte

Scherfes-

tigkeit

cu (kN/m2)

Spitzen-

druck qs

(MN/m2)

Schlagzahl

DPH

N10

DPM

N10

DPL

N10

SPT

N30

breiig < 20 < 2,0 0 - 2 0 - 3 0 - 3 < 2

weich 20 - 60 2,0 - 5,0 2 - 5 3 - 8 3 - 10 2 - 6

steif 60 - 200 5,0 - 8,0 5 - 9 8 - 14 10 - 17 6 - 15

halbfest > 200 8,0 - 15,0 9 - 17 14 - 28 17 - 37 15 - 30

fest > 400 > 15,0 > 17 > 28 > 37 > 30

Tabelle E06.10: Zusammenhang zwischen der

Konsistenz bindiger Böden, der undränierten

Scherfestigkeit cu und dem Spitzendruck qs der

Drucksonde, den Schlagzahlen N10 der ver-

schiedenen Rammsonden sowie N30 des Stan-

dard-Penetration-Tests (SPT)

Seite


Im Zusammenhang mit organogenen Böden sollte der Kalkgehalt Vca (Verhältnis von Kalkgewicht zu Trockengewicht) be-stimmt werden, siehe DIN 18129. In der Regel stammt der Kalk von Pflanzen und Lebewesen (Muscheln, Schnecken, Koral-len). Der Kalk trägt zur Bildung feiner Strukturen bei, die die Festigkeit deutlich beeinflussen können (aus Löss wird durch Entkalkung, bei der tonige Reste verbleiben, Lösslehm; Kalksand unterscheidet sich im bodenmechanischen Verhalten von Quarzsand). Bezeichnungen: 0 - kalkfrei, + - kalkhaltig, ++ - stark kalkhaltig. Die oberste Bodenschicht, sofern sie mit Kleinlebewesen belebt, durchlüftet und humushaltig ist, wird als Mutterboden be-zeichnet. Sie ist zu schützen und zu erhalten und entsprechend dem Bodenschutzgesetz bei Baumaßnahmen besonders zu behandeln.

E.9 Bodenklassifizierung nach DIN 18196 (06/2006)

In der Erdbaunorm DIN 18 196 ist eine unter baubetrieblichen Gesichtspunkten gewählte und an die Erfordernisse des Erdbaus angepasste Klassifizierung mit 28 Bodengruppen festgelegt, die als Grundlage für viele weitere Zuordnungen und Klassifikationen hinsichtlich weiterer Eigenschaften (siehe z. B. Frostempfindlichkeit) geeignet ist, siehe Tabelle E09.10.

Hauptgruppen

Definition und Bezeichnung

Korngrößen-Massenanteil

Gruppen

Kurzzeichen

Gruppensymbol

Erkennungsmerkmale Beispiele

Korndurchmesser ≤ 0,063

mm

≤ 2

mm

grobkörnige Böden

kleiner 5%

bis 60%

Kies (Grant)

eng gestufte Kiese GE steile Körnungslinie infolge Vorherr-

schens eines Korngrößenbereichs

Fluss- und Strand-

kies

weit gestufte Kies-Sand-

Gemische GW

über mehrere Korngrößenbereiche

kontinuierlich verlaufende Körnungsli-

nie

Terrassenschotter

intermittierend gestufte Kies-

Sand-Gemische GI

meist treppenartig verlaufende Kör-

nungslinie infolge Fehlens eines oder

mehrerer Korngrößenbereiche

vulkanische

Schlacken

über 60%

Sand

eng gestufte Sande SE steile Körnungslinie infolge Vorherr-

schens eines Korngrößenbereiches

Dünen- und

Flugsand, Fließ-

sand, Berliner

Sand, Be-

ckensand, Tertiär-

sand

weit gestufte Sand-Kies-

Gemische SW

über mehrere Korngrößenbereiche

kontinuierlich verlaufende Körnungsli-

nie

Moränensand,

Terrassensand

intermittierend gestufte Sand-

Kies-Gemische SI

meist treppenartig verlaufende Kör-

nungslinie infolge Fehlens eines oder

mehrerer Korngrößenbereiche

Granitgrus

gemischtkörnige Böden

5% bis 40% bis 60% Kies-

Schluff-

Gemi-

sche 5% bis 15% ≤ 0,063 mm GU

weit oder intermittierend gestufte Kör-

nungslinie, Feinkornanteil ist schluffig

Moränenkies

über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm GU* Verwitterungskies

Kies-Ton-

Gemische

5% bis 15% ≤ 0,063 mm GT weit oder intermittierend gestufte Kör-

nungslinie, Feinkornanteil ist tonig

Hangschutt

über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm GT* Geschiebelehm

über 60%

Sand-

Schluff-

Gemi-

sche

5% bis 15% ≤ 0,063 mm SU weit oder intermittierend gestufte Kör-

nungslinie, Feinkornanteil ist

schluffig

Tertiärsand

über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm SU* Auelehm, Sand-

löss

- To

n-

Ge

mi5% bis 15% ≤ 0,063 mm ST

weit oder intermittierend gestufte Kör-

nungslinie, Feinkornanteil ist tonig

Terrassensand,

Schleichsand

Seite


über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm ST* Geschiebelehm,

Geschiebemergel

Definition und Bezeichnung

Kurzzeichen Gruppensymbol

Erkennungsmerkmale

Hauptgruppen

Korn-

größen-

Mas-

senan-

teil Lage zur A-

Linie Gruppen

Trocken-

festigkeit

Reaktion beim

Schüttelversuch

Plastizität

beim

Knetver-

such

Beispiele

Korn-

durch-

messer

feinkörnige Böden

über 40%

IP ≤ 4 %

oder unter-

halb der A-

Linie

Schluff

leicht plastische Schluffe

wL< 35% UL niedrige schnelle

keine bis

leichte

Löss,

Hochflutlehm

mittelplastische Schluffe

35% ≤ wL ≤ 50% UM

niedrige

bis

mittlere

langsame

leichte

bis mittle-

re

Seeton,

Becken-

schluff

ausgeprägt plastische Schluffe

wL> 50% UA

hohe keine bis lang-

same

mittlere

bis aus-

geprägte

vulkanische

Böden, Bims-

boden

IP ≥ 7 %

und ober-

halb der A-

Linie Ton

leicht plastische Tone

wL < 35 % TL

mittlere

bis hohe

keine bis

langsame leichte

Geschie-

bemergel,

mittelplastische Tone

35% ≤ wL ≤ 50% TM hohe keine mittlere

Lösslehm,

Seeton,

Beckenton

ausgeprägt plastische Tone

wL> 50% TA sehr hohe keine

aus-

geprägte

Lauenburger

Ton, Tarras

organogene

1 )

und Böden m

it orga-

nischen Beimengungen

über 40% IP ≥ 7 %

und unter-

halb der A-

Linie

nicht brenn- oder nicht schwelbar Schluffe mit organischen Beimengungen

und organogene 1) Schluffe

35% ≤ wL ≤ 50%

OU mittlere langsame bis

sehr schnelle mittlere

Seekreide,

Kieselgur,

Mutterboden

Tone mit organischen Beimengungen

und organogene 1) Tone

wL> 50% OT hohe keine

ausge-

prägte

Schlick, Klei,

tertiäre Kohle-

tone

bis

40%

grob- bis gemischtkörnige Böden mit

Beimengungen humoser Art OH

Beimengungen pflanzlicher Art, meist dunkle

Färbung, Modergeruch, Glühverlust bis etwa

20 % Massenanteil

Mutterboden.

Paläoboden

grob- bis gemischtkörnige Böden mit

kalkigen, kieseligen Bildungen OK

Beimengungen pflanzlicher Art, meist helle

Färbung, leichtes Gewicht, große Porosität

Kalk-,

Tuffsand

organische Böden

brenn- oder schwelbar

nicht bis mäßig zersetzte Torfe (Humus) HN an Ort und

Stelle

aufgewach-

sene Hu-

musbildun-

gen

Zersetzungsgrad 1 bis 5 nach

DIN 19682-12, faserig, holz-

reich, hellbraun bis braun Niedermoor-,

Hochmoor-,

Bruchwaldtorf zersetzte Torfe HZ

Zersetzungsgrad 6 bis 10 nach

DIN 19682-12, schwarz-braun

bis schwarz

Mudden (Sammelbegriff für Faul-

schlamm, Gyttja, Dy, Sapropel) F

unter Wasser abgesetzte (sedimentäre)

Schlamme aus Pflanzenresten, Kot und

Mikroorganismen, oft von Sand, Ton und Kalk

durchsetzt, blauschwarz oder grünlich bis

gelbbraun, gelegentlich dunkelgraubraun bis

blauschwarz, federnd weichschwammig

Mudde, Faul-

schlamm

Auffül-

lung

Auffüllung aus natürlichen Böden; jeweiliges

Gruppensymbol in eckigen Klammern [ ]

Auffüllung aus Fremdstoffen 2) A Müll, Bau-

schutt

Seite


1) Unter Mitwirkung von Organismen gebildete Böden 2) Die Klassifizierung ist kein Ersatz für die abfalltechnische Bedeutung

Tabelle E09.10: Bodenklassifizierung; Gruppeneinteilung der Böden für bautechnische Zwecke

(Klassifikation der Lockergesteine)

E.10 Amerikanisches Klassifizierungssystem

International ist das amerikanische Klassifizierungssystem, das USC-System (Unified Soil Classification System) weit

verbreitet, welches 15 Bodengruppen umfasst. Dort werden andere Maschenweiten der Siebe verwendet, auch die Gren-

zen zwischen den Haupt-Körnungsgruppen sind gegenüber den bei uns gebräuchlichen verschoben (ASTM 1999). Erkennungmerkmal Gruppen-

(nur Anteile < 76,2 mm) symbol

Typische Bezeichnung

Grob-Böden

mehr als

50 % des

Bodens

> 0,075 mm

Kiese

mehr als

50 % des

Grobanteils

> 4,75 mm

Reine Kiese

weniger als 5 % <

0,075 mm

Ungleichförmiger Kornauf-

bau, weit gestuft

GW weit gestufter Kies und

Kies-Sand-Gemisch

Vorherrschen einer Korn-

größe, eng gestuft

GP eng gestufter Kies und

Kies-Sand-Gemisch

Kiese mit

Feinanteilen:

mehr als 12 % <

0,075 mm

Der Feinanteil ist

schluffig

GM schluffige Kiese; eng gestufte

Kies-Sand-Schluff-Gemische

Der Feinanteil ist tonig GC tonige Kiese; eng gestufte

Kies-Sand-Ton-Gemische

Sande

mehr als

50 % des

Grobanteils

< 4,75 mm

Reine Sande

weniger als 5 % <

0,075 mm

Ungleichförmiger Kornauf-

bau, weit gestuft

SW weit gestufte Sande und Sand-Kies-

Gemische

Vorherrschen einer Korn-

größe, eng gestuft

SP eng gestufte Sande und Sand-Kies-

Gemische

Sande mit Fein-

anteilen

mehr als 12 % <

0,075 mm

Der Feinanteil ist

schluffig

SM schluffige Sande; eng gestufte Sand-

Schluff-Gemische

der Feinanteil ist tonig SC Tonige Sande; eng gestufte Sand-Ton-

Gemische

Fein-Böden

mehr als

50 % des

Bodens

< 0,075 mm

gering plastische

Schluffe und Tone

Fließgrenze < 50 %

der Feinanteil ist Schluff ML Schluffe und sehr feine Sande;

Gesteinsmehl, schluffige oder tonige

Feinsande mit geringer Plastizität

der Feinanteil ist Ton CL Tone mit geringer bis mittlerer Plastizität;

kiesige oder sandige Tone, schluffige

Tone, leicht plastische Tone

OL organische Schluffe und organische

Schluff-Tone mit geringer Plastizität

Plastische und hochplastische

Schluffe und Tone

Fließgrenze > 50 %

der Feinanteil ist Schluff MH Schluffe und schluffige Böden mit

mittlerer bis hoher Plastizität

der Feinanteil ist Ton CH Tone mit sehr hoher Plastizität

CH organische Tone mit

mittlerer bis hoher Plastizität

Stark organische Böden

dunkle Farbe, Geruch,

schwammiges Anfühlen

fasrige Textur

PT Torf und andere stark organische Böden

Tabelle E10.10: Bodenklassifizierung gemäß dem "Unified Soil Classification System"

Seite


E.11 Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (10/2006) und 18301 (10/2006)

Zur Verdingungsordnung für das Bauwesen (VOB) gehören Normen, die das Vertragswesen zwischen Auftraggebern

und Auftragnehmern regeln. Dabei handelt es sich um Allgemeine Technische Vertragsbedingungen (ATV DIN). Sie sind

für Vergaben öffentlicher Aufträge zwingend und stellen auch für privatrechtliche Verträge ein ausgewogenes Normativ

dar. In den zugehörigen Normen DIN VOB 18300 (Erdarbeiten), 18301 (Bohrarbeiten) und 18319 (Rohrvortrieb) sind

Bodenklassen festgelegt. Sie bieten eine Klassifikation im Hinblick auf den Aufwand beim Lösen und Laden, Bohren und

beim Vortrieb. Bei der Unterscheidung der Felsklassen 6 und 7 kann es sehr zweckmäßig sein, die unklaren verbalen Abgrenzungen im

Bauvertrag durch einfach messbare Größen zu ergänzen. Geeignet sind z. B. die Kluftkörpergrößen. Fels mit Kluftkör-

pern > 0,1 m3 ist dann der Felsklasse 7 zuzuordnen. Über die Angaben in Tabelle E11.20 hinaus enthält die ZTVE-StB 97

ergänzende Angaben, die der Abgrenzung zwischen Bodenklassen dienen. Das System der Bodenklasseneinteilungen nach DIN 18319 (Rohrvortrieb) unterscheidet sich von den hier dargestellten

Klassifikationen, um die Besonderheiten der zugehörigen Bauverfahren angemessen zu berücksichtigen. Bei den Lo-

ckergesteinen werden jedoch zusätzlich die Lagerungsdichte und die Konsistenz zur Klassifizierung herangezogen.

1) 0,01 m³ Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von rund 0,3 m. 2) 0,1 m³ Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von rund 0,6 m.

Klasse 1: Oberboden Oberste Schicht des Bodens, die neben anorganischen Stoffen, z.B. Kies-, Sand-, Schluff- und

Tongemischen, auch Humus und Bodenlebewesen enthält.

Klasse 2: Fließende Bodenar-

ten

Bodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasser schwer abge-

ben.

Klasse 3: Leicht lösbare Bo-

denarten

Nichtbindige bis schwachbindige Sande, Kiese und Sand-Kies-Gemische mit bis zu 15 % Bei-

mengungen an Schluff und Ton (Korngröße kleiner als 0,06 mm) und mit höchstens 30 % Steinen

von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt 1).

Organische Bodenarten mit geringem Wassergehalt, z. B. feste Torfe.

Klasse 4: Mittelschwer lösba-

re Bodenarten

Gemische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit mehr als 15 % der Korngröße kleiner als 0,06

mm.

Bindige Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität, die je nach Wassergehalt weich bis halb-

fest sind und die höchstens 30 % Steine von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt 1)

enthalten.

Klasse 5: Schwer lösbare

Bodenarten

Bodenarten nach den Klassen 3 und 4, jedoch mit mehr als 30 % Steinen von über 63 mm Korn-

größe bis zu 0,01 m³ Rauminhalt 1).

Nichtbindige und bindige Bodenarten mit höchstens 30 % Steinen von über 0,01 m³ bis 0,1 m³

Rauminhalt 1).

Ausgeprägt plastische Tone, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind.

Klasse 6: Leicht lösbarer Fels

und vergleichbare

Bodenarten

Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenalt haben, jedoch stark klüftig,

brüchig, bröckelig schiefrig, weich oder verwittert sind, sowie vergleichbare feste oder verfestigte

bindige oder nichtbindige Bodenarten, z. B. durch Austrocknung, Gefrieren, chemische Bindun-

gen.

Nichtbindige und bindige Bodenarten mit mehr als 30 % Steinen von über 0,01 m³ bis 0,1 m³

Rauminhalt 2).

Klasse 7: Schwer lösbarer

Fels

Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hohe Gefügefestigkeit

haben und die nur wenig klüftig oder verwittert sind, auch festgelagerter, unverwitterter Tonschie-

fer, Nagelfluhschichten, Schlackenhalden der Hüttenwerke und dergleichen.

Steine von über 0,1 m³ Rauminhalt 2).

Tabelle E11.10: Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (10/2006)

Seite


E.12 Frostempfindlichkeitsklassen

Vor allem im Straßenbau spielt die Frostempfindlichkeit der Böden eine besondere Rolle. Frost führt in bindigen Böden

dazu, dass kapillar angezogenes Wasser friert und sich Eiskristalle bilden, die unter Druckausübung und Verdrängung

anwachsen. Nach dem Abtauen des Eises und unter Belastung brechen die entstandenen Hohlräume zusammen.

Nach ZTVE-StB 97 für Erdarbeiten im Straßenbau besteht folgende Klassifizierung im Hinblick auf die Frostempfindlich-

keit:

2.3.1 Klasse B: Boden

2.3.1.1 Klasse BN: Nichtbindige Böden, Hauptbestandtei-

le Sand und Kies, Korngröße bis 63 mm

Feinkornanteil Klasse

bis 15% BN 1

über 15% BN 2

2.3.1.2 Klasse BB: Bindige Böden, Hauptbestandteile

Schluff, Ton oder Sand, Kies mit starkem Einfluss der

bindigen Anteile

undränierte

Scherfestig-

keit

cu [kN/m²]

Konsistenz Klasse

bis 20 flüssig bis breiig BB 1

über 20 bis

200

weich bis steif BB 2

über 200 bis

600

halbfest BB 3

über 600 fest bis sehr fest BB 4

2.3.1.3 Klasse BO: Organische Böden, Hauptbestandtei-

le: Torf, Mudde und Humus

Hauptbestandteile Klasse

Mudde, Humus und zersetzte

Torfe

BO 1

unzersetzte Torfe BO 2

2.3.1.4 Zusatzklasse BS: Steine und Blöcke

Kommen in Lockergesteinen Steine und Blöcke vor, so

ist die Zusatzklasse BS ergänzend zu den Abschnitten

2.3.1.1 bis 2.3.1.3 anzugeben

Korngröße Volumenanteil Steine

und Blöcke

bis 30% über 30%

über 63 mm bis 200 mm

(Steine)

BS 1 BS 2

über 200 mm bis 600 mm

(Blöcke)

BS 3 BS 4

Blöcke größer 600 mm sind hinsichtlich ihrer Größe

gesondert anzugeben.

2.3.2 Klasse F: Fels

2.3.2.1 Klasse FV

Verwitterungsgrad Trennflächenabstand

bis

10

cm

über

10 cm

bis 30 cm

über

30 cm

zersetzt in Klasse BB oder BN

einzustufen

entfestigt FV 1

angewittert FV 2 FV 3

unverwittert FV 4 FV 5 FV 6

Verwitterungsgrad und Trennflächenabstand sind gemäß

Merkblatt zur Felsbeschreibung für den Straßenbau

anzugeben.

2.3.2.2 Zusatzklassen FD: Einaxiale Festigkeit

Für die Felsklassen FV2 bis FV 6 sind die Zusatzklassen

FD ergänzend anzugeben.

Einaxiale Festigkeit [N/mm²] Klasse

bis 20 FD 1

über 20 bis 80 FD 2



über 300 FD 5

2.4 Beschreibung und Einstufung von Auffüllungen

und sonstigen Stoffen

Soweit möglich werden Auffüllungen und sonstige Stoffe,

z.B. Bauteile, Recyclingstoffe, industrielle Nebenproduk-

te, Abfall, nach Abschnitt 2.2 beschrieben und nach

Abschnitt 2.3 eingestuft. Ist dies nicht möglich, werden

sie im Hinblick auf ihre Eigenschaften für Bohrarbeiten

spezifisch beschrieben, z.B. nach Druckfestigkeit, Ge-

steinsart und -körnung, Bewehrungsanteil.

Tabelle E11.20: Bodenklassen nach DIN 18301-2006: Bohrarbeiten

Seite


Frostempfindlichkeit Kurzzeichen nach

DIN 18196 (06/2006)

F1 nicht frostempfindlich GW, GI, GE, SW, SI,

SE

F2 gering bis mittel

frostempfindlich

TA, OT, OH, OK

ST, GT, SU, GU 1)

F3 sehr frostempfindlich TL, TM, UL, UM, OU,

ST*, GT*, SU*, GU*

1) Zu F1 gehörig bei einem Anteil an Korn < 0,063 mm von

5 % bei U >= 15 oder 15 % bei U <= 6.

Im Bereich 6 < U < 15 kann der für eine Zuordnung zu F1

zulässige Anteil an Korn < 0,063 mm linear interpoliert

werden.

Tabelle E12.10: Klassifikation der Frostempfindlichkeit von Bodenarten

E.13 Klassifizierung nach Wiederverwertbarkeit

Böden, die z.B. aus einer Baugrube ausgehoben

werden, müssen an anderer Stelle wieder einge-

baut werden. Sie werden damit wiederverwertet.

Dabei ist darauf zu achten, dass anthropogen

(vom Menschen bedingt) oder natürlich in den

Boden gelangte Schadstoffe (die z.B. die Ge-

sundheit oder die Trinkwasserqualität beeinflus-

sen können) nicht in unzulässigem Umfang an

den Einbauort verbracht werden. Je nach Ein-

bauort werden daher Anforderungen an die In-

haltsstoffe gemacht. Oder anders herum: Je nach

Belastung eines Bodens kann er uneingeschränkt

oder nur eingeschränkt (nutzungsbezogen) wie-

der eingebaut werden. Ein praktisch unbelasteter

Boden kann im Hinblick auf diesen Gesichtspunkt

überall wiederverwendet werden, ein stark belas-

teter Boden darf nur an Stellen wiedereingebaut

werden, wo er keinen Schaden anrichten kann.

Eventuell muss er vor einer Wiederverwendung

besonders behandelt werden (Reinigung durch

Bakterien, thermische Behandlung, Einmischen

von Bindemitteln). Die entsprechende Qualifizie-

rung eines Aushubmaterials ist daher von erheb-

licher wirtschaftlicher Bedeutung für ein Bauvor-

haben mit Aushubarbeiten. Die Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) hat

dazu eine Klassifizierung mit Hilfe von Zuord-

nungswerten erarbeitet. Es sind Zuordnungswerte

Z0, Z1, ..., Z5 anhand der Schadstoffe im Fest-

stoff und im Eluat (Wasser, welches im Kontakt mit dem Boden Schadstoffe aufnehmen konnte) festgelegt, die die Wie-

derverwertbarkeit steuern: Belastungen unterhalb der Zuordnungswerte Z0 erlauben uneingeschränkten Einbau, unter-

halb Z2 einen eingeschränkten Einbau und Böden mit Schadstoffzuordnungen oberhalb Z2 müssen in speziell geeigne-

ten Deponien eingebaut oder abgelagert werden.

Als Beispiel sind die Zuordnungswerte, die bei Boden-Feststoffen anzuwenden sind, in Tabelle E13.10 aufgeführt.

Parameter Zuordnungswerte (mg/kg)

Z 0 Z 1.1 Z 1.2 Z 2

pH-Wert 1) 5,5-8 5,5-8 5-9 --

EOX 1 3 10 15

Kohlenwasserstoffe 100 300 500 100

0

Σ BTEX <1 1 3 5

Σ LHKW <1 1 3 5

Σ PAK n. EPA 1 52) 153) 20

Σ PCB (Congenere nach DIN 51527) 0,02 0,1 0,5 1

Arsen 20 30 50 150

Blei 100 200 300 100

0

Cadmium 0,6 1 3 10

Chrom (ges.) 50 100 200 600

Kupfer 40 100 200 600

Nickel 40 100 200 600

Quecksilber 0,3 1 3 10

Thallium 0,5 1 3 10

Zink 120 300 500 150

0

Cyanide (ges.) 1 10 30 100

1) Niedrigere pH-Werte stellen allein kein Auschlusskriterium dar. Bei

Überschreitungen ist die Ursache zu prüfen. 2) Einzelwerte für Naphtalin und Benzo-[a]-Pyren jeweils kleiner als 0,5. 3) Einzelwerte für Naphtalin und Benzo-[a]-Pyren jeweils kleiner 1,0.

Tabelle E13.10: Zuordnungswerte Feststoff für Boden

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E.14 Schrifttum

ASTM (1999) Annual Book of ASTM Standards; Volume 4.08: Soil and Rock (I), D 2487-98

DIN 4022-1 (09/1987), DIN EN ISO 14688-1 (01/2007), DIN EN ISO 14689-1 (04/2004), DIN 18300 (10/2006),

DIN 18301 (10/2006), DIN 18319 (12/2000)

EICHLER, K. (2000): Fels- und Tunnelbau – 352 S., Expert-Verlag (Renningen-Malmsheim)

FLOSS, R. (1997): ZTVE – StB 94, Kommentar mit Kompendium Erd- und Felsbau, Kirschbaum Verlag, Bonn

KRABBE, W.(1958): Über die Schrumpfung bindiger Böden. Mitteilung der Hannoverschen Versuchsanstalt für Grundbau

und Wasserbau. Eigenverlag

LAGA (1997): Mitteilungen der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall Nr. 20, Anforderungen an die stoffliche Verwertung von

mineralischen Reststoffen / Abfällen - Technische Regeln - , Erich Schmidt Verlag.

SCHEIDIG (1967) in SCHULTZE, E. & MUHS, H. (1967): Bodenuntersuchungen für Ingenieurbauten. Springer-Verlag,

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