Sondierungen und deren Bewertung - · PDF fileGrundbau - Taschenbuch

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Sondierungen und deren Bewertung

Referat Geotechnik Nord (K1) � Frank Liebetruth

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Frank LiebetruthBundesanstalt für Wasserbau

Dienststelle Hamburg, Geotechnik NordWedeler Landstraße 159, 22559 Hamburg

65. Deutsche BrunnenbauertageBAW-Baugrundkolloquium

07. bis 09. Mai 2014 – Bau-ABC Rostrup / Bad Zwischenahn



Inhalt

1. Definition

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• Anwendung und Einsatzgebiete

• Erkundungsziele

• Aus- und Bewertung

2. Normen

3. Sondierverfahren und –geräte

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• Sondierungen sind Felduntersuchungen zur geotechnischen Erkundung und Untersuchung des Baugrunds nach EN ISO 22476 und DIN 4094

• Beim Sondieren werden mehrere Sondierstangen in den Baugrund gedrückt, gerammt oder in einer bestimmten Tiefe um ihre Längsachse gedreht.

• Aus der Größe bzw. der Änderung des Eindringwiderstands mit der Tiefe kann z. B. auf die Festigkeit einer Schicht und auf einen Schichtwechsel geschlossen werden. Bodenkennwerte können abgeschätzt werden.

• Sondierungen sind indirekte Aufschlüsse ohne Probengewinnung.

• Sondierungen sind stets durch direkte Aufschlüsse (z. B. Schlüsselbohrungen mit Probenahmen) zu ergänzen, weil der Eindringwiderstand beim Sondieren allein keinen endgültigen Rückschluss auf die Bodenart zulässt.

Was sind Sondierungen ?



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• Bohrlochrammsondierung (BDP) DIN 4094-2:2003-05

• Flügelscherversuch (FVT) DIN 4094-4:2002E DIN EN ISO 22476-9:2009-10

• Rammsondierungen (DPL, DPM, DPH, DPSH)

DIN EN ISO 22476-2:2012-03 (Ersatz für DIN 4094-3)

DIN EN ISO 22476-1:2013-10 (Ersatz für DIN 4094-1)

• Drucksondierungen mit elektrischenMesswertaufnehmern (CPT) undPorenwasserdruckmessung (CPTU)

Normen (aktuell)

• Mechanische Drucksondierung

(CPTM)DIN EN ISO 22476-12:2009

• Gewichtssondierung DIN ISO/TS 22476-10:2005-08

• Standard Penetration Test (SPT) DIN EN ISO 22476-3:2012-03

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regeln: • Geräteanforderungen und - abmessungen

• Versuchsdurchführung

• Versuchsauswertung

• Ergebnisdarstellung

Normen

� Sondierergebnisse vergleichbar

� Bewertung unter gleichen Voraussetzungen

� Einheitliche Grundlagen

� Qualitätsgerechte Kontrolle der Ausführung



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DIN EN ISO- 22476-1:2013-10

Drucksondierung (CPT / CPTU)

Neu: Unterscheidung der CPT/ CPTU nach:

• Anwendungsklassen 1 bis 4

• Versuchstypen - TE 1 Spitzenwiderstand (qc) und Mantelreibung (fs) und - TE 2 qc+ fs + Porenwasserdruck (u)

� Keine Beispiele zur Abschätzung geotechnischer Kenngrößen enthalten! (siehe dazu: DIN EN 1997-2, Nationaler Anhang:2010-12)

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Anwendungsklassen CPT



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VerfahrenF

• Vertikales Eindrücken der Spitze + Gestänge in Boden

Drucksondierung (CPT)

• Kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit von 2 ± 0,5 cm/s

• Abweichung der Spitze von der Lotrechten ≤ 2° bis 5°

• der Eindringgeschwindigkeit der Sonde

Messen F

• des Spitzenwiderstandes an der Sondierspitze (Kegel)

KegelAc = 10 cm²

dc = 35,3 bis 36 mm

Sondierspitze CPT 10

• der lokalen Mantelreibung an der Reibungshülse

ReibungshülseAs = 150 cm²

• der Abweichung der Spitze von der Lotrechten

Inklinometer

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Mantelreibungfs Spitzenwider-

stand qc

Reibungs-verhältnis

Rf

Messergebnis:

Sondierdiagramm

Verfahren Drucksondierung (CPT)

fs qc Rf= fs/qc�100

• Spitzenwiderstand

• Mantelreibung

• Reibungsverhältnis

• Gesamtkraft

• Neigung

Spitzenwiderstand



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Verfahren Drucksondierung (CPTU)

Gesamtkraft

Mantelreibungfs

fsSpitzenwiderstand

qc

Reibungs-verhältnis

Rf

Mantelreibungfs

Wasserdruck

Neigung

Messergebnis:

Sondierdiagramm

• Porenwasserdruck(Dissipationsversuch)

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• Überprüfung von Schichtenaufbau und Bodenarten aus Altbohrungen

Erkundungsziele - Bewertung CPT / CPTU

• Festlegung von Schichtgrenzen und Gründungshorizonten

• Klassifizierung von Bodenarten

• Ableitung geotechnischer Kenngrößen� Festigkeiten (Lagerungsdichten)

� Reibungswinkel φ‘ (nichtbindiger Böden)

� Steifemodul Es (nichtbindiger Böden)

� undränierte Scherfestigkeit cu (bindiger Böden)

� horizontaler Durchlässigkeitsbeiwerte kfh (bindiger Böden)

� Pfahltragfähigkeiten

� Rammbarkeit von Böden



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Erkundungsziele Drucksondierungen

• Überprüfung von Schichtenaufbauund Bodenarten aus Altbohrungen

• Festlegung von Schichtgrenzen undGründungshorizonten

Königspolder Emden Altbohrung

1938

Drucksondierungaktuell

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• Ableitung der Festigkeiten von nichtbindigen Böden (Beispiel)

Bewertung von Drucksondierungen

Bohrprofil CPT - Sondierergebnis

geringe

geringe bis mittlere

geringe

große

sehr große

FestigkeitSpitzenwiderstand



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• Ableitung der Festigkeiten, Lagerungs- und bezogenerLagerungsdichten nichtbindiger Böden (Beispiele)


Quelle: Handbuch EC 7 Band 2

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BAW

Grundbau -Taschenbuch

• Ableitung der Festigkeiten, Lagerungs- und bezogenerLagerungsdichten nichtbindiger Böden (Beispiele)



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Bewertung von Drucksondierungen• Klassifizierung der Bodenarten (Beispiel)

Reibungsverhältnis Rf in %Quelle: DIN 4094-1:2002

Sp

itze

nw

iders

tan

d q

cin

MP

a

Reibungsverhältnis Rf

Spitzenwiderstand qc

Mantelreibung fs

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Bewertung von Drucksondierungen• Klassifizierung der Bodenarten (Beispiel)

CPT - SondierergebnisBohrprofil

San

de

„Schluff/ Ton“ - Geschiebemergel

„Schluff/ Ton“ - Beckenschluff/ -ton

Reibungsverhältnis Rf

Spitzenwiderstand qc



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Bewertung von Drucksondierungen• Ableitung der Festigkeiten, Lagerungsdichten und Bodenkenngrößen

nichtbindiger Böden

Abhängig von:

• Kornverteilung

• Kornform

• Kornrauigkeit

• In situ Spannungszustand

• Grundwasserverhältnissen

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BAW

HandbuchEC 7 Band 2

• Ableitung von Bodenkenngrößen nichtbindiger Böden (Beispiele)



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BAW

Grundbau -Taschenbuch

• überschlägliche Abschätzung der undränierten Scherfestigkeit cu und Konsistenz bindiger und organischer Böden (Beispiel)

cu = (qc – σvo) / Nk cu undränierte Scherfestigkeitqc Spitzenwiderstand CPTσvo gesamter ÜberlagerungsdruckNk Faktoren aus örtlichen Erfahrungen

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Drucksondier-Geräte

Sondier - LKW

Quelle: BAW

Bei Geräteplanung beachten !

• Sondiertiefe

• Festigkeit des Bodens (Geologie)

• Befahrbarkeit des Geländes

• Erreichbarkeit der Sondierpunkte



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Sondier - LKWmit

Raupenfahrwerk

Quelle: BAW


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Seite 23

Quelle: Fa. Geotechnik

Sondier - Raupe




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Quelle: Fa. Gouda

Leichte Sondierraupe

für

beengte Verhältnisse


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Seite 25

Einsatzgebiete Drucksondierung

im freien Gewässer

Quelle: BAW

• bei Tideströmung

• bei großer Wassertiefe

• bei Tidewasserständen

von einer Hubinsel

• bei Wellen



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Quelle: BAW

auf dem Kanal


vom Stelzenponton

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Quelle: BAW

im Flachwasserbereich


von Schiffen mit geringem Tiefgang (Fähren)



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Verfahren Rammsondierungen

• Einrammen eines Sondiergestänges mit Spitze

Messen I• des Eindringwiderstandes N10 bei DPL, DPM und DPH• des Eindringwiderstandes N20 bei DPSH-A und DPSH-B

(N10 bzw. N20 = Schläge pro 10 cm bzw. 20 cm Eindringtiefe)

(superschwer)(leicht) (mittel) (schwer)

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Rammsondier - Geräte

LeichteRammsonde

(DPL)

Schwere Rammsonde

(DPH)

Fallhöheh = 50cm

Fallhöheh = 50cm

Schlaggewicht10 kg

Schlaggewicht50 kg



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Verfahren Rammsondierungen

Messergebnis:Sondierdiagramm(schwere Rammsonde)

Schläge je 10 cm Eindringtiefe N10

Tie

fe u

nte

r A

ns

atz

pu

nk

t in

m Eindringwiderstand

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Erkundungsziele Rammsondierungen

• Feststellen von Schichtgrenzen und Gründungshorizonten

• Abschätzung geotechnischer Kenngrößen� Festigkeiten (Lagerungsdichten)

� Reibungswinkel φ‘ (ni bi Böden)

� Steifemodul Es (ni bi Böden)

� Rammbarkeit von Böden

Nachteil:

• Schlagzahl je 10 cm Eindringung = Gesamteindringwiderstand

• Gesamteindringwiderstand = Spitzenwiderstand + Mantelreibung



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• Feststellen von Schichtgrenzen

• Gründungshorizonten


DPH 14 DPH 15

Helgoland

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Helgoland

NN+7,50m12. 12.00

Schiffshebewerk Scharnebeck

• Auflockerungen

• Hohllagen

Feststellen von

• Festigkeiten

• Lagerungsdichten

Sande

Dränage



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• Abschätzung der Festigkeiten (Lagerungsdichten)und

• geotechnischer Kenngrößen von nichtbindigen Böden

Bewertung von Sondierergebnissen der schweren Rammsonde (DPH)in nichtbindigen Böden

Bewertung von Rammsondierungen

BAW

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Auffüllungs-sande

Klei

UntereSande

CPT

Vergleich von Ramm- mit

Drucksondierung



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SchwereRammsonde

(DPH)

Quelle: BAW

Einsatzgebiete Rammsondierungen

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• Messen des Eindringwiderstandes(Schläge pro 30 cm Eindringung)

Seil

Stopfbuchse

automatischeAusklinkvorrichtung

Hubstange

Rammbär

Mantel

Amboß

Wasserablaßschraube

Zusatzgewicht

Sonde

Bohrlochsohle

Bohrl

och

tiefe

Un

ters

uch

-ung

stie

fe

OK Gelände

Einsatzbereich:

• in Sanden unter großmächtigenbindigen Weichschichten

• in Wasserbohrungen

• große Erkundungstiefen > 40 m

N30

So

nd

iert

iefe

Bohrlochrammsondierung (BDP) DIN 4094-2:2003

Seil

Rammbär

Sonde mitVollspitze

Bohr-verrohrung

Bohrlochsohle

N30

Untersuchungs--tiefe



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Sondiertiefe

BDP

1. Herstellen der Bohrung

P=M=

OK Gelände0,00

OK Rohr

Grundwasser

Seilmarkierung

R<0,15

45 cm30 cm15 cm0

SP

T

SP

T

Ven

tilb

oh

rer

D

M=

SS<D/2

Überdruck

Lotung

R<0,15

0,45Sondiertiefe

N30Bohrung

2. Ablassen der BDP am Seilbis Bohrlochsohle

Seil Seil

3. Eindringen der BDP-Spitze unter Eigengewicht (R<0,15)

R < 15 cm

BD

P

BD

P

Sondiertiefe 45 cm

4. 15 cm BDP vorrammen

5. 30 cm BDP einrammenSchlagzahl = N30

30 cm = N30

Durchführung Bohrlochrammsondierungen

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Ergebnis Bohrlochrammsondierungen

N30 = 12

N30 = 16

N30 = 28

N30 = 25

N30 = 35

N30

So

nd

iert

iefe



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Bewertung Bohrloch-rammsondierungen

BAW

• Abschätzung der Festigkeiten(Lagerungsdichten) von nichtbindigenBöden

DIN 4094-2• Eindringwiderstand N30 =

Schläge pro 30 cm Eindringung

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Messen des Eindringwiderstandes N30

(Schläge pro 30 cm Eindringung)

Verfahren Rammsondierung im Bohrloch

Bohrlochrammsondierung(BDP) - DIN 4094-2:2003

Standard Penetration Test(SPT) - DIN EN ISO 22476-3:2012

• Sonde seilgeführt im Bohrloch • Sonde gestängegeführt im Bohrloch

• Schlagvorrichtung am Seil unmittelbar über Sonde imBohrloch

• Schlagvorrichtung über dem Gelände am Gestänge

• Einrammen einer Vollspitzeohne Gestänge am Seil

• Einrammen eines Probenentnahme-geräts mit Gestänge

• keine Probennahme • gestörte Probennahme



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Verfahren Flügelscherversuch (FVT)nach DIN 4094-4:2002

Einsatz in bindigen und organischen Böden vorwiegend weicher bis steifer Konsistenz

Abscheren eines zylindrischen Bodenkörpers

• Messen des max. Drehmomentes

• Messen des Rest-Drehmomentes

Ermittlung der undränierten Scherfestigkeit

cu

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Verfahren Flügelscherversuch

≥ 5 � D

D

Gestänge

Flügel

H = 2 � D

Flügelstellungvor Versuch

Flügelstellungbeim Versuch

Schutzhülse

Gestänge

Schutzhülse

Mantel-rohr

Mess-einheit

Flügelsonde

Mantelrohr



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Auswertung Flügelscherversuch

cfv = 6 • Mmax / 7 • π • D3

Messwert

des maximalen Scherwiderstandes

Drehwinkel (°)

Dre

hm

om

en

t (N

m)

Sch

erw

iders

tan

d (

kN

/m2)

cfv = 52 kN/m²

Sondierdiagramm

cu = µ • cfv

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Seite 45


cfv = 6 • Mmax / 7 • π • D3

= 0,273 Mmax / D³

Ermittlung der undränierten Scherfestigkeit cu

cu = µ • cfv

Beispiel für Korrekturfaktoren µ

µ = Korrekturfaktor

cfv = gemessener Wert aus Scherflügelversuch

µ



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Durchführung Flügelscherversuch (FVT)

FVT im Schlick FVT im zugefrorenen Kanal

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Seite 47

Hinweise für die Ausschreibung

• Stelzenponton oder Hubinsel bei Sondierungen auf dem Wasser

• Überbohren / Umsetzen bei begrenzter Eindringung (z.B. beiSteinhindernissen)

• Einbau von Stützgestänge im freien Wasser oder in Bohrung

• Prüfzertifikat vom Hersteller für Bohrlochrammsonde (z.B. 6 Monate)

• Kalibrierprotokolle der Sondenspitzen (z.B. nicht älter als 2 Wochen)

• Sondierergebnisse auf Datenträger

• Einmessen der Sondierpunkte



Seite 48

Hinweise für die Vergabe

• Anforderungen an Personal und Gerät formulieren

• beschränkte Ausschreibung bei schwierigen Verhältnissen

• Referenzen über vergleichbare Sondierarbeiten

• Beteiligung von Experten (z.B. Geot. Gutachter) im Vergabegespräch

• Konsequente und qualifizierte Überwachung (QS) zu Beginn

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Seite 49

Quelle: Fa. Fugro

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!



Seite 50

Natürliche Streubreite bei3 Sondierungen mit gleichem Gerät (DPH)

Bewertung von Rammsondierungen

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Seite 51

Sondenarten und -abmessungen

Verfahren Drucksondierung

CPT 15 CPT 10



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cfv = 6 • Mmax / 7 • π • D3

= 0,273 Mmax / D³

H = 2 � DD

H

cfv = gemessener Wert aus Scherflügel-versuch

Mmax = Maximales Drehmoment entlangder zylindrischer Oberfläche desabgescherten Bodenkörpers

D = Flügelbreite

H = Flügelhöhe

d = Gestängedurchmesser

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