Vorl g d Baugrunderkundung, Baugrundbeschreibung

Seite Baugrunderkundung, Baugrundbeschreibung, Modellbildung D.1

Lehrstuhl für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau

D Baugrunderkundung, Baugrundbeschreibung, Modellbildung

D.1 Ziel von Baugrunduntersuchungen

Mit dem Wissen um die Entstehung der Böden und den lokal typischen Baugrundaufbau sowie der Kenntnis über elementa-re Bodeneigenschaften muss der Baugrund auf einem zu bebauenden Grundstück konkret und in einem der Baumaßnahme angepassten Umfang in Kenntnis gebracht werden. Dazu dient eine Baugrunderkundung mit zugehörigen Baugrundunter-suchungen. Ziel ist, geplante Baumaßnahmen sicher, schadensfrei, gebrauchstauglich, zeitgerecht und außerdem auch noch wirtschaft-lich umsetzen zu können. Eventuell kann eine Baugrunderkundung auch zu dem Ergebnis kommen, dass eine Baumaß-nahme an einer bestimmten Stelle mit vernünftigem Aufwand nicht realisierbar ist. In der Regel ist es vor allem bei größeren Bauvorhaben zweckmäßig, Baugrunderkundungen stufenweise (z. B Kartenstudium, Voruntersuchung und Hauptuntersu-chung) vorzunehmen, um gegenseitige Anpassungen von Planung und Erkundung zu ermöglichen. Die Kenntnisgewinnung über den Baugrund kann nie vollständig geschehen. Informationen über den Baugrund können hinsichtlich des Ortes und der Ermittlung von Eigenschaften stets nur punktuell ermittelt werden. Sie sind dann mit dem Wissen um die Zusammenhänge der Entstehung sowie der Kenntnis der Auswirkung nicht ermittelter Größen zu einem zutreffenden Baugrundmodell zu verarbeiten. Dabei kann Erfahrung sehr hilfreich sein. Sie hilft, keinen unnötigen Aufwand zur Gewinnung unwesentlicher Information zu treiben. Erfahrung muss belegbar sein und darf nicht mit dem Satz "Das ha-ben wir schon immer so gemacht." begründet werden. Sie sollte beitragen, mit dem Verständnis um die Zusammenhänge die erforderliche Informationsgewinnung zu optimieren.

D.2 Untersuchungen gemäß den anerkannten technischen Regeln

Die Verpflichtung zur Baugrunderkundung resultiert aus allgemeiner Sorgfaltspflicht, aus der VOB, aus DIN 1054 und DIN 4020 (1990). Dort heißt es (auszugsweise): 4 Allgemeine Anforderungen 4.1 Notwendigkeit der geotechnischen Untersuchungen Für jede Bauaufgabe müssen Aufbau und Beschaffenheit von Boden und Fels im Baugrund oder in den Gewinnungsstätten für Baustoffe sowie die Grundwasserverhältnisse ausreichend bekannt sein. Hierzu sollen Untersuchungen projektbezogen ausge-führt werden. 4.3 Planung der geotechnischen Untersuchungen Für die Planung der geotechnischen Untersuchung ist eine Aufstellung über die einschlägigen bautechnischen Fragen, die bei der baulichen Anlage bzw. bei der Gewinnungsstätte auftreten können, vorzunehmen. Sie muss die geologischen Gegebenhei-ten berücksichtigen und den im Laufe der Untersuchungen gewonnenen Kenntnissen laufend angepasst werden. Führt das Ergebnis der geotechnischen Untersuchung zur Änderung der Planung, ist zu prüfen, ob ergänzende Untersuchungen notwen-dig sind. Der mit der geotechnischen Untersuchung beauftragte Sachverständige muss sowohl über die für das Bauwerk bzw. die Gewinnungsstätte als auch die für die Baudurchführung entscheidenden Fragestellungen nach dem jeweiligen Planungs- und Ausführungsstand informiert werden. Der Sachverständige hat seinerseits dem Bauherrn bzw. dem vom Bauherrn beauf-tragten Entwurfsverfasser mitzuteilen, welche Informationen für die optimale Durchführung und Aussagekraft der geotechni-schen Untersuchung benötigt werden. 5 Veranlassung und Ablauf der geotechnischen Untersuchungen 5.1 Veranlassung der geotechnischen Untersuchungen Der Entwurfsverfasser hat geotechnische Untersuchungen für den Entwurf rechtzeitig zu veranlassen und gegebenenfalls den Sachverständigen für Geotechnik vorzuschlagen. 5.3 Ablauf der geotechnischen Untersuchungen für Boden und Fels als Baugrund 5.3.1 Beschreibung der baulichen Anlage Für jede Phase der geotechnischen Untersuchung müssen die entsprechenden Unterlagen über das Bauobjekt zur Verfügung gestellt werden, wie z.B.: Lageplan mit Angabe der Lage des Bauobjekts im Gelände, Grundrisse und Schnitte der Vor- oder Entwurfsplanung mit NN Höhen, voraussichtliche Massen und Lasten, dynamische und sonstige Einwirkungen, beabsichtigte bzw. mögliche Konstruktionsanweisungen, Nutzungsweise des Bauobjekts, insbesondere der unter Geländeober-fläche befindlichen Räume.


5.3.2 Beginn und Durchführung der geotechnischen Untersuchungen Der Baugrund soll während der Grundlagenermittlung oder der Vorplanung erkundet und beurteilt werden. Dabei muss grund-sätzlich eine Ortsbegehung (siehe Abschnitt 7.3) durchgeführt werden. Wird für die geotechnischen Untersuchungen ein Sach-verständiger für Geotechnik beigezogen, so ist er bereits zu diesem Zeitpunkt mit der Planung und Überwachung der geotech-nischen Untersuchungen zu beauftragen. 6 Art und Umfang der geotechnischen Untersuchungen 6.1 Aufgabenstellung 6.1.1 Boden und Fels als Baugrund Die geotechnische Untersuchung von Boden und Fels als Baugrund hat die Beschreibung aller für die jeweilige Baumaßnahme maßgebenden Baugrundeigenschaften zu ermöglichen und die erforderlichen Baugrundkenngrößen zu liefern oder zu überprü-fen. Anhand der Kenntnis der Eigenschaften und Kenngrößen des Baugrunds müssen festgestellt beziehungsweise beurteilt werden können: a) Verformungen, die durch die Baumaßnahme und das Bauwerk hervorgerufen werden, ihre räumliche Verteilung und ihr

zeitlicher Verlauf sowie die Möglichkeiten, durch konstruktive Maßnahmen (Formgebung, statisches System, Wahl der Gründungsart) ein verträgliches Zusammenwirken von Bauwerk und Baugrund zu erzielen.

b) Die Sicherheit gegen Grenzzustände, z.B. gegen Grundbruch, Geländebruch, Auftrieb, Gleiten (siehe DIN 1054, DIN 4017, DIN 4084, DIN 19 702 , Knicken von Pfählen (siehe DIN 4014)).

c) Lasteinwirkungen auf das Bauwerk aus dem Baugrund und Abhängigkeit dieser Kräfte von der konstruktiven Gestaltung des Bauwerks und der Art der Baudurchführung, z.B. Seitendruck auf Pfähle.

d) Die Einwirkungen, die auf das Bauwerk über die unter c) genannten Ursachen hinaus wirksam werden können. e) Die Auswirkung des Bauwerks und seines Betriebs auf die Umgebung. f) Die zusätzlichen Maßnahmen, die die Baudurchführung erfordert, wie z.B. die Baugrubenausbildung, einschließlich eventu-

eller Rückverankerungen und Grundwasserhaltung, Hülsen bei Ortbetonpfählen, Beseitigung von Rammhindernissen. g) Die Auswirkungen der Baudurchführung auf die Umgebung. h) Bereits eingetretene oder in der Umgebung eines Kontaminationsbereiches zu erwartende Untergrund- bzw. Grundwasser-

verunreinigungen nach Art und Ausdehnung. i) Effekt einer Maßnahme zur Eingrenzung oder Beseitigung einer Untergrund- bzw. Grundwasserkontamination. 6.1.3 Grundwasserverhältnisse Bei der Untersuchung der Grundwasserverhältnisse müssen festgestellt werden können: a) die Tiefenlage, Mächtigkeit, Ausdehnung und Durchlässigkeit wasserführender Schichten und im Fels darüber hinaus die

Trennflächensysteme, b) Höhenlage der Grundwasseroberfläche oder Grundwasserdruckfläche der Grundwasserstockwerke und ihre zeitabhängi-

gen Schwankungen (außer beobachteten Grundwasserständen auch mögliche extreme Stände und deren Häufigkeit), c) Chemische Beschaffenheit, Temperatur soweit erforderlich, d) Erdbebeneinfluss auf das GW-Regime, e) ob von der baulichen Anlage oder der Bauausführung besondere Gefährdungen bautechnischer oder sonstiger Art auf die

Umgebung ausgehen oder die Bauwerke selbst durch sonstige Einflüsse einer besonderen Gefährdung hinsichtlich Stand-sicherheit und eventuell auch Betriebssicherheit unterliegen,

f) die Einflüsse von Senkungen in Bergsenkungsgebieten, Gebieten mit Erdfällen, bei unkontrolliert geschütteten Geländeauf-füllungen.

6.2.3 Voruntersuchung Falls eine Voruntersuchung vorgenommen wird, soll sie folgendes umfassen: a) die Sichtung und Bewertung von vorhandenen Unterlagen, b) ein weitmaschiges Untersuchungsnetz entweder in systematischer Anordnung (z. B. bei Ausweisung neuer Baugebiete)

oder an je nach Zugänglichkeit ausgewählten Stellen, c) stichprobenhafte Feststellungen von maßgebenden Baugrundkenngrößen und -eigenschaften.

Anmerkung: Eine allgemein gültige Festlegung von Art und Umfang der Voruntersuchung ist für dieses Stadium der Bau-grunduntersuchung nicht möglich.


6.2.4 Hauptuntersuchung 6.2.4.1 Die Hauptuntersuchung soll umfassen: a) Sichtung und Bewertung von vorhandenen Unterlagen, b) Erkundung der Konstruktionsmerkmale und Gründungsverhältnisse im Einflussbereich der Baumaßnahme liegender

baulicher Anlagen, c) allgemeine geologische Beurteilung, gegebenenfalls bei schwierigen Objekten oder schwierigen Baugrundverhältnissen

geologische Detailuntersuchung, d) direkte Aufschlüsse, e) indirekte Aufschlüsse, f) Feldversuche, g) Probebelastungen, in Einzelfällen Probeausführung von Bauteilen mit Funktionsprüfung (z. B. Proberammungen), h) Pumpversuche, Dichtheitsprüfungen, i) Messung vorgegebener Abläufe, wie Grundwasserschwankungen, Hangbewegungen usw., k) Laboruntersuchungen. 6.2.4.2 Bei Anordnung der Aufschlüsse sind folgende Vorgaben zu beachten: a) Um den räumlichen Verlauf der Schichtung zu erfassen, sind Aufschlüsse im Raster oder in Schnitten anzuordnen. Die

geologischen Gegebenheiten sind hierbei zu berücksichtigen. b) Die Eckpunkte des Grundrisses sind bevorzugt mit direkten Aufschlüssen zu belegen. c) Bei Linienbauwerken sind je nach Breite der Trasse oder Breite von Dammaufstandsflächen oder von Einschnitten Auf-

schlüsse auch außerhalb der Bauwerksachse anzuordnen. d) An Hängen und Geländesprüngen (auch Baugruben) sind Aufschlüsse auch außerhalb des Bauwerksgrundrisses anzu-

ordnen, und zwar so, dass die Stabilität des Hanges oder Geländesprunges beurteilt werden kann. Bei Rückverankerungen ist die Lage der Krafteinleitungsstrecke besonders zu berücksichtigen.

e) Aufschlüsse sind so anzuordnen, dass sie keine Gefährdung des Bauwerks, der Baudurchführung und der Nachbarschaft durch Veränderung des Baugrunds und der Wasserverhältnisse bewirken.

6.2.4.3 Die Abstände direkter Aufschlüsse sind von Fall zu Fall nach den geologischen Gegebenheiten, den Bauwerksab-messungen und den bautechnischen Fragestellungen zu wählen. Als Richtwerte können gelten: a) bei Hoch- und Industriebauten ein Rasterabstand von 20 bis 40 m, b) bei großflächigen Bauwerken ein Rasterabstand von nicht mehr als 60 m, c) bei Linienbauwerken (Landverkehrswege, Wasserstraßen, Leitungen, Deiche, Tunnel, Stützmauern) ein Abstand zwischen

50 und 200 m (siehe auch EAU-Empfehlung E1 ). Für tiefliegende Tunnel gelten die "Empfehlungen für den Felsbau unter Tage" der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik,

d) bei Sonderbauwerken (z. B. Brücken, Schornsteinen, Maschinenfundamenten) 2 bis 4 Aufschlüsse je Fundament, e) bei Staumauern, -dämmen und Wehren (siehe DIN 19 700 Teil 10 und Teil 11 ) Abstände zwischen 25 und 75 m in charak-

teristischen Schnitten. Bei schwierigen geologischen Verhältnissen oder zur Eingrenzung von Unregelmäßigkeiten sind geringere Abstände oder eine größere Anzahl von Aufschlüssen erforderlich. Dagegen darf bei sehr gleichförmigen geologischen Verhältnissen ein größerer Abstand oder eine geringere Anzahl der Aufschlüsse gewählt werden. Solche Fälle sind jedoch zu begründen. 6.2.4.4 Die Aufschlusstiefe za muss alle Schichten, die durch das Bauwerk beansprucht werden, erfassen. Bei Staudämmen, Wehren und für Baugruben im Grundwasser sowie bei Fragen der Wasserhaltung ist die Aufschlusstiefe außerdem auf die hydrologischen Verhältnisse abzustimmen. An Böschungen und an Geländesprüngen ist die Aufschlusstiefe im Hinblick auf die Lage möglicher Gleitflächen zu wählen.

D.3 Kartenwerke

Geologische Karten gibt es weltweit flächendeckend. In der BRD sind aussagekräftige Karten im Maßstab 1:25 000 für das gesamte Bundesgebiet bei den geologischen Landesämtern weitgehend flächendeckend verfügbar und in der Regel allge-mein zugänglich veröffentlicht. In Ballungsgebieten gibt es darüber hinaus Baugrundkarten (M 1:10 000). Die Kartenwerke werden ständig verbessert, den zuständigen Behörden sind dazu in der Regel alle wesentlichen neu gewonnenen Auf-schlüsse zur Kenntnis zu bringen. Bei erfahrenen Instituten sind zusätzlich zu den Kartenwerken in der Regel auch Erkundungsergebnisse und Gutachten von Nachbarbauvorhaben verfügbar.


Ebenso flächendeckend sind topografische Karten sowie Luftbildaufnahmen, häufig multitemporal, vorhanden. In den Bau-rechtsbehörden sind Lagepläne der Bebauungen verfügbar. Derartige Unterlagen helfen, anthropogene (durch Menschen verursachte) Veränderungen in Kenntnis zu bringen: großflächige Auffüllungen und Abtragungen, alte Bebauungen, die (tief) in den Untergrund eingegriffen haben, Bomben(blindgänger), Steinbrüche, Kiesgruben, Luftschutzstollen, Bergbauaktivitä-ten, aber auch natürliche Vorgänge: Dolinen, alte Rutschungen, Kriechhänge. Vor einer Erkundung mit Eingriffen in den Untergrund sind stets auch alle "Spartenpläne" einzusehen, um zu verhindern, dass Leitungen und unterirdische Bauwerke geschädigt werden.

Bild D03.10: Ausschnitt aus geologischer Karte Fürstenfeldbruck

Bild D03.20: Baugrund und Grundwasser in Mün-chen; Ausschnitt aus Karten zum U-Bahn-Bau, Maßstab 1 : 10 000, GW-Hochstand von 1940


Bild D03.30: Flurkarte mit erkennbaren Steinbrü-chen, Maßstab 1:2500, Bezugsjahr 1920

Bild D03.40: Luftbild gibt bauliche Nutzung genau wieder


D.4 Örtliche Erfahrung / Beobachtung

Gerade bei einfachen Bauvorhaben, bei denen eine (aufwändige) Baugrunduntersuchung seitens der Bauherren gerne in Frage gestellt wird, sind Beobachtungen in der Nachbarschaft und die Erfahrung der örtlichen Bauunternehmen heranzuziehen: Haben vorhandene Häuser Risse, steigt gelegentlich Grundwasser bis in das Kellerniveau, welchen Gründungsaufwand haben Nachbarn betrieben? Stets gilt: mit Wissensgewinn werden Risiken vermin-dert.

D.5 Direkte und indirekte Baugrundaufschlüsse

Zu unterscheiden sind Schürfe, Erkundungsstollen und Bohrungen als direkte und Sondierungen verschiedenster Art als indirekte Baugrundaufschlüsse. Für alle Baugrundaufschlüsse gilt, dass sie hinsichtlich ihrer Lage und Ansatzhöhe exakt einzumessen sind. Außerdem sind eindeutige Bezeichnungen unverzichtbar. Die Lage der Erkundungspunkte ist stets in einem aussagekräftigen Lageplan darzustellen (Beispiel: Bild D05.10). Wenn zu erwarten ist, dass Baugrundaufschlüsse in das Grundwasser einbinden, dann müssen sie in Deutschland entsprechend dem Wassergesetz des Bundes bzw. entsprechender Wasserhaushaltsgesetze der Länder bei zuständigen Umweltschutzbehörden angezeigt werden. In der Regel folgen auf die Anzeige Auflagen, die beachtet werden müssen, beispielsweise, dass die Aufschlüsse wieder so ver-schlossen werden, dass keine Beeinträchtigungen des Grundwas-sers entstehen.

D.6 Schürfe und Erkundungsstollen

Wenn sich die Baugrunderkundung z.B. bei Bauten mit geringen Lasten, erwartetem Festgestein in geringer Tiefe oder bekanntem günstigem Baugrund darauf beschränken kann, die Beschaffenheit von Deckschichten zu untersuchen oder die erwartete Situation zu überprüfen, ist das Baggern von Schürfen (Schürfgruben) im standfesten Boden in der Regel das billigste Erkundungsverfahren. Die Tiefe ist bei üblichen Baggern auf etwa 4 m begrenzt, mit Greifarmverlängerung und (wegen der Standsicherheit) Rundlochgreifern lassen sich auch Tiefen bis zu etwa 8 m erreichen. Aus Gründen des Grund-wasserschutzes sollten keine Schürfe ausgeführt werden, wenn zu erwarten ist, dass sie das Grundwasser erreichen. Schürfe haben den Vorteil, dass sich der räumliche Schichtverlauf besser als in einer Bohrung erkennen lässt und dass Proben, wählbar nach Größe und Richtung, von Hand gewonnen werden können. Schürfe sind vor allem auch dann sinnvoll, wenn gleichzeitig mit dem Baugrund auch Fundamente bestehender Bauteile er-kundet werden müssen. Es gilt zu beachten: Den Aushub nicht zu dicht am Schurf zwischenlagern, den Bagger vom Rand zurücksetzen, wenn der Schurf besichtigt wird. Bei Schurftiefen von mehr als 1,25 m werden gemäß DIN 4124 Verbaumaßnahmen erforderlich. Das Unfallrisiko (Ersticken durch Eindrücken des Brustkorbs beim Verschütten) wächst, je größer der Querschnitt ist, je mehr der Grundriss von der Kreisform abweicht, je inhomogener der Aushub zutage kommt, je mehr Sickerwasser angetroffen wird, je geringer der Feinkorngehalt ist. Stets Sichern (Verbau), ehe eingestiegen wird, bzw. Begehen des Schurfes vermeiden. Weitere Hinweise in DIN 4021, 5.1. Im Zusammenhang mit Tunnelbauwerken werden häufig Erkundungsstollen aufgefahren, um das Gebirge und sein Verhal-ten vor dem Auffahren großer Querschnitte kennen zu lernen. Auch sie liefern unmittelbare Baugrundaufschlüsse, wobei hier Klüfte, Schichtflächen, Wasserführungen, natürlicher Spannungszustand, Lösbarkeit und viele andere Fragen gegen-über der Gewinnung von Proben, die auch aus tiefen Bohrungen zu gewinnen wären, im Vordergrund stehen.

Bild D05.10: Lageplan mit Lage und NN-Höhen der Erkundungspunkte und Führung des Bau-grundschnittes (SCHMIDT, 1996)


D.7 Bohrungen

In der nachfolgenden, aus DIN 4021 übernommenen Tabelle (Tabelle D07.10) sind die für die Baugrunderkundung in der Pra-xis angebotenen Bohrverfahren aufgelistet. Nach Möglichkeit wird mit der Durchführung von Kernbohrungen die durchgehende Kerngewinnung angestrebt, weil man dann das gesamte Profil - soweit nicht Kernverluste aufgetreten sind - besichtigen, foto-grafisch festhalten und bodenmechanisch (manuelle Verfahren) sowie ingenieurgeologisch aufnehmen kann. Weiterhin können hinreichend viele Proben für Klassifikationsversuche gewonnen werden. Im Zusammenhang mit Kernbohrungen können auch Sonderproben entnommen werden (Entnahmestutzen), an denen hochwertige Laborversuche z.B. zur Steifigkeits- und Scher-festigkeitsbestimmung durchgeführt werden können. Bei Kernbohrungen werden Rammkernbohrverfahren (Tabelle D08.20 in D.8 ) mit verschiedenen Entnahmewerkzeugen (Schappe, Einfachkernrohr, Kernfänger) und Rotationskernbohrverfahren (Luft-, Wasser-, ohne Spülung; Doppel- oder Drei-fachkernrohre; Schlauchkernverfahren, Seilkernrohr) unterschieden (Bild D08.30 in D.8 ). Stets ist der Einfluss des Bohrverfah-rens auf die Qualität der Proben zu beachten. In Lockergesteinen werden Erkundungsbohrungen in der Regel durch eine Ver-rohrung geschützt. Kleinbohrverfahren (Tabelle D07.30) haben wegen ihrer leichten Bohrgeräte deutliche Kostenvorteile. Sie sind vor allem in bindigen Böden und bis maximal etwa 6 m Tiefe zweckmäßig, wenn es primär um die Feststellung des Schichtenaufbaus (Schichtgrenzenverlauf) geht. Die Proben müssen qualifiziert im Feld (s.a. DIN 4020) angesprochen werden. Die gewinnbaren Probenmengen sind gering und lassen nur in sehr begrenztem Umfang Laboruntersuchungen zu. Das Ergebnis jeder Bohrung wird vom Bohrmeister der Bohrfirma, der dazu qualifiziert ausgebildet sein muss, in einem Schich-tenverzeichnis nach DIN 4022 dokumentiert. Der Baugrundsachverständige ergänzt und prüft dieses, nachdem er das Bohrgut und die Bohrproben aus bodenme-chanischer und ingenieurgeologischer Sicht mit manuellen und visuellen Methoden angesprochen hat. Im Schichtenverzeichnis werden außer-dem die beim Bohren über das Grundwasser gewonnenen Erkennt-nisse sowie die Entnahme von Bo-denproben festgehalten. Hinsichtlich der Grundwasserverhältnisse sind das Antreffen von Grundwasser und alle zeitlichen Veränderungen des Grundwasserspiegels zu beobachten, wobei die Abhängigkeiten zum Ein-satz einer Verrohrung und zur Ver-wendung von Spülwasser zu beach-ten und zu dokumentieren sind. Da-nach wird das Ergebnis in einem Bohrprofil dargestellt, wozu Signatu-ren entsprechend DIN 4023 zu ver-wenden sind (Bilder D07.20 bis D07.60).

Bild D07.10: leistungsfähiges Bohrgerät für Kernbohrungen

Spalte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Bohrverfahren Gerät Eignung des Bohrverfahrens3) Proben Bemerkungen Zeile Lösen des

Bodens2) Spül-hilfe

Fördern der Probe

Benennung Bohrwerkzeug üblicher Bohr-aussendurch-messer1)

ungeeignet für Bodenart1) bevorzugt einsetzbar für Boden-art1)

erreichbare Güteklasse (nach Tabelle4) bezogen auf Spalte 8

unverändert in 5)

1 Bohrverfahren mit durchgehender Gewinnung gekernter Bodenproben Einfachkernrohr 65 bis 200 Ton, Schluff, Feinsand schluffig 4, (3 bis 2) gut in Mitte, aussen

getrocknet 1 nein mit Bohr-

werkzeug Rotations-Trockenkern-bohrung Hohlbohrschnecke 65 bis 300

Grobkies, Steine, Blöcke

Ton, Schluff, Sand, organische Böden

3, (2 bis 1) Z, ω, (ρ Es, τf, k) ----

Einfachkernrohr 4, (3 bis 2) Z, (ω, ρ) 2 ja mit Bohr-werkzeug

Rotations-kernbohrung Doppelkernrohr

65 bis 200 Nichtbindige Böden, Schluff Ton, tonige, auch verkittete gemischt körnige Böden, Blöcke 3, (2 bis 1) Z, ω, (ρ Es, τf, k)

----

3

drehend

ja mit Bohr-werkzeug

Rotations-kernbohrung

Doppelkernrohr mit Vor-schneidkrone oder Vorsatz

100 bis 200 Kiese, Steine, Blöcke Ton, Schluff 2, (1) Z, ω, ρ, (Es, τf) ----

in bindigen Böden 2, (1) Z, ω, (ρ Es, τf, k) Rammdiagramm durch Messung der Schlag-zahl

4 nein mit Bohr-werkzeug

Rammkern-bohrung

Rammkernrohr mit Schnittkante innen, auch mit Hülse oder Schlauch (auch Hohlbohr-schnecke

80 bis 200 Böden mit Korndurchmesser größer als De/3

Ton, Schluff und Böden mit Korndurchmesser bis höchstens De/3

in nichtbindigen Böden 3, (2) Z, (ω) 5

rammend

nein mit Bohr-werkzeug

Rammkern-bohrung

Rammkernrohr mit Schnittkante außen

150 bis 300 Böden mit Korndurchmesser größer als De/3 dichtgelagert

Kies, Böden mit Korndurchmesser bis höchstens De/3

4 Z

6 rammend, drehend

gemischtkörnige und reine Sande über 0,2mm Korndurchmesser, Kiese halbfeste und feste Tone

in bindigen Böden 2, (1) Z, ω, (ρ Es, τf, k) ----

ja mit Bohr-werkzeug

Ramm-rotations-Kernbohrung

Einfach- oder Doppelkernrohr 100 bis 200

Ton, Schluff, Feinsand

in nichtbindigen Böden 4, (3) Z, (ω) In bindigen Böden 2, (1) Z, ω, (Z, ω, ρ, k) ---- 7 drückend nein mit Bohr-

werkzeug Druckkern-bohrung

Kernrohr mit Schnittkante innen (auch Hohlbohrschnecke)

50-150 Blöcke, Steine, Kies, dicht gelagerter Sand

Böden mit Korndurchmesser bis höchstens De/5 in nichtbindigen Böden 3, (2) Z, (Z , ω)

Zeile Lösen des Bodens2)

Spül-hilfe

Fördern der Probe

Benennung Bohrwerkzeug üblicher Bohr-aussendurch-messer1)

ungeeignet für Bodenart1) bevorzugt einsetzbar für Boden-art1)

erreichbare Güteklasse (nach Tabelle4) bezogen auf Spalte 8

unverändert in 5)

2 Bohrverfahren mit durchgehender Gewinnung nicht gekernter Bodenproben 8 drehend nein mit

Bohrwerk-zeug

Drehbohrung Gestänge mit Schappe, Schnecke

100 bis 2000 Blöcke größer als De/3 über Wasserspiegel alle Böden, unter Wasserspiegel alle bindigen Böden

4, (3) Z, (ω) unter Wasserspie-gel nur aus Bohrgut bei großem Schappen-durchmesser

Länge der Schnecke oder Spirale ≤ 0,5 m

9 schlagend nein mit Bohrwerk-zeug

Schlagboh-rung

Seil mit Schlagschappe 150 bis 500 über Wasserspiegel Kies, unter Wasserspiegel Schluff, Sand, Kies

über Wasserspiegel Ton, Schluff, unter Wasserspiegel Ton

4, (3) Z, (ω) ----

über Wasserspiegel 3 Z, (ω) 10 greifend nein mit Bohrwerk-zeug

Greiferboh-rung

Seil mit Bohrlochgreifer 400 bis 2500 feste, bindige Böden, Blöcke größer als De/2

Kies, Blöcke kleiner als De/2, Steine unter Wasserspiegel 5, (4) Z

----

3 Bohrverfahren mit Gewinnung unvollständiger Bodenproben 11 ja mit

direkter Spülung

Spülbohrung (Rotaryboh-rung)

Gestänge mit Rollenmeißel, Düsenmeißel, Stufenmeißel u.a.

100 bis 500 ---- in allen Böden (5) Bodenmechanisch unbrauchbar

nur zum Durchfahren oberer, nicht interessie-render Schichten

12

Drehend

ja mit Umkehr-spülung

Totations-Spülbohrung

Wie oben, jedoch mit Hohlmei-ßel

60 bis 1000 ---- in allen Böden 5, (4) Z wenn einzelne Kernstü-cke, dann Z

----

13 nein mit Bohrwerk-zeug

Schlagboh-rung

Seil mit Ventilbohrer 100 bis 1000 über Wasserspiegel Kies und Sand im Wasser 5, (4) Z auch in bindigen Böden unter Wasser-zugabe möglich

14

Schlagend

nein mit Bohr-werkzeug/ Hilfsspülg.

Meißelbohr-ung(Bohrhindernisbe-seitigung)

Seil oder Gestänge mit Meißel 100 bis 1000 ---- in allen Bodenarten zur Bohrhin-dernis-beseitigung

5 Bodenmechanisch unbrauchbar

----

1) Diese Angaben sind Richtwerte. 2) Beim „Rammen“wird das Bohrwerkzeug mit einer besonderen Schlagvorrichtung eingetrieben. Beim „Schlagen“ wird das Bohrwerkzeug selbst durch wiederholtes Anheben und Fallenlassen zum Eintreiben benutzt.

3) Hierin bedeutet De Innendurchmesser des Bohrwerkzeugs. 4) Die in Klammern () gesetzten Angaben bedeuten, dass die jeweilige Güteklasse nur bei besonderen Bodenbedingungen erreicht werden kann.

5) Erklärung der Zeichen siehe Tabelle 4

Tabelle D07.10: Tabelle aus DIN 4021-1: Bohrverfahren zur Baugrunderkundung

Seite

Baugrunderkundung, B

augrundbeschreibung, Modellbildung D

.8

Spalte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Zeile Bohrverfahren Gerät Probengewinn Lösen des

Fels Spülhilfe

Fördern des Fels Benennung Bohrwerkzeug üblicher Bohr- (außen)durch-messer 1)

Bohrverfahren wenig geeignet für 1)

Kerne 1) Bohrklein Bemerkungen

1 Bohrverfahren mit durchgehender Gewinnung gekernter Proben 1 drehend ja mit Bohrwerkzeug

am Gestänge Rotations-kernbohrung

Einfachkernrohr, meist mit Hartmetall-krone

100 bis 200 mittelharten bis sehr harten Fels

bei geklüftetem weichem Fels

Siebrück-stand und Schweb

Der Kern kann durch die Spülhilfe verän-dert werden

2 drehend nein mit Bohrwerkzeug am Gestänge

Rotations-Trocken-kernbohrung

Einfachkernrohr mit Hartmetallkrone


bei weichem, erosivem, was-serempfind-lichem Fels in kurzen Kern-märschen

Kein wegen Überhitzung der Krone kann im allgemeinen nur in Kernmärschen bis 0,5 mm gebohrt werden.

3 drehend ja mit Bohrwerkzeug am Gestänge


Doppelkernrohr mit Hohlbohrkrone

50 bis 200 erosiven, was-serempfind-lichen Fels

bei allen Fels-arten


----

4 drehend ja mit Bohrwerkzeug am Gestänge


Doppelkernrohr mit Hülse (Dreifachkern-rohr)

50 bis 200 ---- bei allen Fels-arten


----

5 drehend ja mit Bohrwerk-zeug am Gestänge, Ausbau des Innen-kernrohres am Seil

Seilkern-bohrung

Seilkernrohr mit Hohl-bohrkrone, auch als Doppelkernrohr mit Hülse (Dreifachkern-rohr)

50 bis 180 erosiven, was-serempfind-lichen Fels

bei allen Fels-arten


---

6 rammend und dre-hend

ja mit Bohrwerkzeug am Gestänge

Ramm-rotations-kernbohrung

Rammrotationskern-rohr


bei mittelhar-tem bis hartem Fels

Siebrück-stand mit Schweb

mit Rammvorrich-tungen am Gerät oder als Imloch-hammer

2 Bohrverfahren mit Gewinnung unvollständiger Proben 7 drehend ja mit Bohrwerk-zeug

am Gestänge Rotations-vollkronen-bohrung

Vollbohrkrone, Rol-lenmeißel

50-200 ---- keine Siebrück-stand und Schweb

----

1) Alle Angaben sind Richtwerte. Tabelle D07.20: Tabelle aus DIN 4021-1: Bohrverfahren zur Baugrunderkundung im Fels

Seite



.9

Spalte

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Zeile Kleinbohrverfahren 2) Gerät Eignung des Kleinbohrverfahrens 4) Proben 5) Bemerkungen Lösen des

Bodens 3) Spülhilfe

Fördern des Bodens

Benennung Bohrwerkzeug Üblicher Bohr-(außen)durch-messer 1)

Ungeeignet für Bodenart 1)

Einsetzbar für Bodenart 1)

Erreichbare Güteklasse (nach Tabelle 4) bezogen auf Spalte 8

Unverändert in 6)

über Wasser-spiegel 4, (3)

)(,Z ω 1 drehend nein mit Bohrwerk-zeug

Handdreh-bohrung

Schappe, Schnecke, Spirale

60 bis 80 Grobkies größer als De/3 und festgela-gerte Böden

über Wasser-spiegel bei Ton bis Mittel-kies unter Wasserspiegel bei bindigen Böden

unter Wasser-spiegel 4

Z

in bindigen Böden 3, (2)

)(),(,Z ρω 2 rammend nein mit Bohrwerk-zeug

Kleinramm-bohrung

Rammgestänge mit Entnahme-rohr

30 bis 80 Böden mit Korn-durchmesser grö-ßer als De/2

Böden mit Kornduruch-messer bis höchstens De/5

In nichtbindi-gen Böden 4, (3)

)(,Z ω

3 drückend nein mit Bohrwerk-zeug

Kleindruck-bohrung

Druckgestänge mit Entnahme-rohr

30 bis 40 Feste und grobkör-nige Böden

Ton, Schluff Feinsand

3, (2) )(),(,Z ρω

nur für gerin-ge Tiefen

1) Diese Angaben sind Richtwerte 2) Nur unter Voraussetzungen von Abschnitt 5.3 anwendbar. 3) Beim „Rammen“ wird das Bohrwerkzeug mit einer besonderen Schlagvorrichtung eingetrieben. 4) Hierin bedeuten De Innendurchmesser der Bohrwerkzeuge 5) Die in Klammern () gesetzten Angaben bedeuten, dass die jeweilige Güteklasse nur bei besonders günstigen Gegebenheiten und Bodenbedingungen erreicht werden kann. 6) Erklärung der Zeichen siehe Tabelle 4

Tabelle D07.30: Tabelle aus DIN 4021-1: Kleinbohrverfahren zur Baugrunderkundung in Böden

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Bild D07.20: Tabelle 1 aus DIN 4023 nach DIN EN ISO 14688-1: Kurzzeichen, Zeichen und Farben für einige geologisch typische Bodenarten


Bild D07.30: Tabelle 2 aus DIN 4023 nach DIN EN ISO 14689-1: Kurzformen, Zeichen und Farbkennzeichnungen für Fels-arten


Bild D07.40: Tabelle 3 aus DIN 4023 nach DIN EN ISO 14689-1: Kurzformen, Zeichen und Farbkennzeichnungen für ge-bräuchliche, nicht-petrographische Bezeichnungen von Boden und Fels


Bild D07.50: Beispiele für die Darstellung von Bohrprofilen (DIN 4023)

Bild D07.60: Erläuterungen zu Streichen und Fallen Bild D07.70: Klüfte K1, K2 und Schichtfläche Ss


Bild D07.80: Tabelle 5 aus DIN 4023: Zeichen für einige bautechnische wichtige Eigenschaften, die links der Säule bei der Darstellung von Bohrprofilen (siehe auch Bild D07.50) eingetragen werden


Bild D07.90: Tabelle 6 aus DIN 4023: Zeichen für einige bautechnische wichtige Eigenschaften, die rechts der Säule bei der Darstellung von Bohrprofilen (siehe auch Bild 07.50) eingetragen werden


Bild D07.100: Bohrprofil einer Kernbohrung; Darstellung und Bezeichnung gemäß DIN 4023 (SCHMIDT, 1996)

D.8 Bodenproben

Zu unterscheiden sind die Proben (der Kern), die zur Profilaufnahme im Zuge des Bohrvorgangs fortlaufend genommen werden (kontinuierlich bei Kernen, intermittierend (z.B. je 1 m eine Probe) oder bei Schichtwechseln) und Proben, die zur Ausführung bodenmechanischer Laborversuche eigens und nach Anweisung durch den verantwortlichen Geotechniker entweder aus Kernen oder in Form von Sonderproben durch spezielle Probenentnahmegeräte von der Bohrlochsohle aus gewonnen werden. Sonderproben können mit Hilfe von Ausstechzylindern ebenso in Schürfen gewonnen werden. Im Bohrrohr werden Entnahmestutzen verwendet (siehe auch Bild D08.20). Die Sonderprobe muss aus dem ungestörten Boden unterhalb der Verrohrung entnommen werden. Der Stutzen wird eingedrückt oder eingeschlagen (mindestens 20 cm). Der Schlaghammer soll so schwer sein, dass dies mit wenigen Schlägen gelingt. Der Stutzen wird durch Drehen oder Hochheben vom Untergrund gelöst. Eine Übersicht über Entnahmegeräte gibt die aus DIN 4021 übernommene Tabelle auf der nächsten Seite. Bei dickwandigen Geräten kann man auch Bodenproben entnehmen, die sonst herausfallen würden. Dazu haben diese Geräte Fang- oder Schließvorrichtungen. Allerdings ist damit keine gute Qualität erzielbar. Zu den Be-sonderheiten bei Fels siehe DIN 4021.


Art des Ent-nahme-gerätes1)

Bevorzugte Maße der Proben

Art des Einbringens

Eignung des Entnahmeverfahrens Bemerkungen

Durch-messer

Länge ungeeignet für Bodenart einsetzbar für Bodenart

Erreichbare Güteklasse 2)

nach Tabelle 4 bezogen auf

Spalte 6

1. Offenes Entnahmegerät mit Ventil bindige und organische Böden mit weicher oder steifer Konsistenz

1 dünnwandig 114 ≈ 250 rammen oder drücken

Kies, Sand unter Wasser-spiegel; feste, bindige Böden, Böden mit groben Einschlüs-sen desgleichen mit halbfes-

ter Konsistenz 2, (1)

Innendurchmesser-verhältnis Ci = 0 % erforderlich (siehe Bild 7)

dickwandig 114 ≈ 250 rammen Kies, Sand unter Wasser-spiegel; breiige und feste bindige und organische Böden; Böden mit groben Einschlüssen

wie Zeile 1, außer-dem:bindige und organi-sche Böden mit halbfes-ter bis fester Konsistenz, auch mit Grobkorn

3 Wanddicke 5 bis 10 mm; auch mit Einsatzhülse

2. Kolbenentnahmegerät dünnwandig 75 600 bis

800 drücken Kies, sehr lockere und dichte

Sande; halbfeste und feste bindige und organische Böden; Böden mit Grobkorn

bindige und organische Böden mit breiiger oder steifer Konsistenz; auch sensitive Böden

1 Innendurchmesser-verhältnis Ci muss 0,5 bis 1 % betragen

dickwandig 75 600 bis 1000

drücken Kies, Sand unter Wasser-spiegel; breiige und feste bindige und organische Böden; Böden mit groben Einschlüssen

bindige und organische Böden mit weicher bis steifer Konsistenz; auch sensitive Böden

2, (1) nur mit Einsatzhülse; Innen-durchmesserverhält-nis Ci muss 0,5 bis 1 % betragen

1) Bei dickwandigen Geräten ist die Entnahme von Böden, die aus anderen Entnahmegeräten herausfallen, wie z.B. Feinkies, lockerer Sand oder weicher Schluff mit Fang- oder Schließvorrichtung unter Minderung der Güteklasse möglich. 2) Die in Klammern stehenden Angaben bedeuten, dass die jeweilige Güteklasse nur bei besonderen Bodenbedingungen erreicht werden kann.

Bild D08.10: Tabelle aus DIN 4021: Entnahmegeräte für Sonderproben aus Bohrungen

Bild D08.20: Rammkernverfahren der Fa. Geomechanik im Baugrundauf-schluss (ULRICH, 2001)

Bild D08.30: Entnahmezylinder zur Entnahme von Sonderproben im Bohrloch

1 Rohrgewinde DIN 2999 – R 1 ½ 2 SW 46 (Schlüsselweite) 3 Gerätekopf mit Ventil (Ventil nicht dargestellt) 4 Schlammzylinder Rohr 133 x 8,8 nach DIN 2448 5 Entnahmezylinder Rohr 120 x 3 nach DIN 2391-1


Bild D08.40: Drehkernbohrungen mit Einfach- und Doppelkernrohr (VERMEER, 1998)

D.9 Wasserproben

Aus Bohrungen können mit Hilfe von Schöpfgeräten und Pumpen auch Wasserproben entnommen werden, um sie danach auf ihre Inhaltsstoffe untersuchen zu können. Schöpfgeräte werden verschlossen in das Bohrloch eingeführt. In der ge-wünschten Tiefe wird mit einem kleinen Ruck am Seil ein Mechanismus ausgelöst, damit Wasser in das Gerät einströmen kann. Pumpen sind stets erforderlich, wenn das Bohrloch mit Wasserspülung hergestellt wurde. Dann muss zunächst das Spülwasser, welches sich auch im umgebenden Baugrund verteilt, abgepumpt werden, bevor eine repräsentative Wasser-probe gewonnen werden kann. Achtung: bei unqualifizierter Probennahme können chemische Eigenschaften des Wassers beeinflusst werden (Ausgasung, Verschmutzung, Reaktion mit Entnahmewerkzeugen). Häufig wird es erforderlich sein, zur Entnahme einer Wasserprobe das Bohrloch zumindest provisorisch als Brunnen auszubauen.

D.10 Sondierungen

Zur Baugrunderkundung kann man zur Ergänzung von Bohrungen oder anderer Erkundungsmaßnahmen Sondierungen ausführen, d.h. an ausgewählten Stellen und oft in Abhängigkeit von der Tiefe die Reaktion des anstehenden Baugrunds auf eine definierte, in der Regel mechanische Beanspruchung messen. Auf diesem Wege lässt sich z.B. der Verlauf einer mar-kanten Schichtgrenze zwischen Bohrpunkten verfolgen oder die Festigkeit des tragfähigen Bodens in Relation zu bekannten Bezugswerten kontrollieren. Die wichtigsten geotechnischen Verfahren (s.a. WEISS, 1990) sind Rammsondierungen, Druck-sondierungen und Flügelsondierungen. Seitendruck-Sondierungen und Pressiometer-Versuche lassen die Ermittlung einer Spannungs-Verformungskurve unter definierten Randbedingungen zu. Gelegentlich eingesetzt werden außerdem Strahl-sonden (Isotopenmessung). Auch beim Einsatz geoelektrischer Verfahren: Widerstandsmessung, Messung der Schwere, der Laufzeit von Erschütterungswellen, der magnetischen Eigenschaften etc., wird von Sondierungen gesprochen. Sondie-rungen können von der Geländeoberfläche aus oder aus Bohrlöchern heraus durchgeführt werden. Sie sind als indirekte Verfahren nur mit Hilfe von Interpretationen, die in empirischen und statistisch abzusichernden Beziehungen zu den Bau-grundeigenschaften stehen, auswertbar.

D.10.1 Rammsondierung: Dynamic Penetration Test

Eine Rammsondierung ist das Rammen einer Sonde, die aus Sondiergestänge und einer Sondierspitze besteht, in den Unter-grund durch einen Rammbären mit definierter Masse bei gleichbleibender Fallhöhe, wobei die Schlagzahl für eine definierte Eindringtiefe festgehalten wird, z.B. N10 für 10 cm. Die Sonden sind in DIN 4094 genormt. Die Rammsonden DPL, DPM und DPH (Dynamic Probing Light, Medium, Heavy) werden von der Geländeoberfläche aus, die Sonde für den Standard Penetration Test (SPT, nach aktueller DIN 4094: BDP) wird im Bohrloch eingesetzt. Die DPL (leichte Rammsonde, früher auch Künzelstab) ist bis etwa 10 m Tiefe einsetzbar und kann von Hand umgesetzt werden. Sie wird gerne auch zur Einbaukontrolle bei Bodenaustausch oder Verfüllung verwendet (Bild D10.20). Für größere Tiefen bzw. festere Schichten wird die DPH eingesetzt, die aufwendiger zu transportieren ist bzw. von einem Raupengerät ausgehend arbeitet. Die DPM wurde für schwerere Sondierungen in schlecht zugänglichem Gelände entwi-


ckelt (kann von 2 Mann umgesetzt werden), sie wird auch einge-setzt, um eine differenzierte Auflösung des Rammwiderstandes bei mitteldicht bis dicht gelagerten Kiesen zu erzielen. Die Deutung des Rammsondierwiderstands in wassergesättigten bindigen Böden ist nur sehr eingeschränkt möglich (Porenwasserüberdruck!). Die Gestängereibung hat je nach Bodenart einen nicht exakt bestimm-baren Einfluss auf das Ergebnis. Grundwasser setzt den Sondier-widerstand herab (siehe Hinweise und Beispiele im Beiblatt zu DIN 4094). Dort ist der empirisch ermittelte Zusammenhang für gleich-körnigen Sand (U ≤ 3) oberhalb des Grundwassers angegeben, z.B.: DPH: D = 0,02 + 0,455⋅lgN10 (15 cm2 Querschnitt)

DPL: D = 0,03 + 0,270⋅lgN10 (10 cm2 Querschnitt) Bild D10.10 stellt die Rammspitze dar, die Tabelle D10.10 die inzwischen international genormten Rammsonden.

D.10.2 Standard Penetration Test (SPT, neue Bezeichnung: BDP):

Rammsondierungen zur Bestimmung der Lagerungsdichte in tiefliegenden Schichten können ausgehend von der Sohle von Bohrlöchern ausgeführt werden (Borehole Dynamic Penetration: BDP). Die Sonde wird 45 cm tief eingetrieben, dabei wird die Schlagzahl N30 für die letzten 30 cm Eindringung gemessen, siehe DIN 4094. Schlagzahlen in der Größenordnung von 8 bis15 weisen in bindigen Böden auf steife Konsistenz hin, von 10 bis 30 in nichtbindigen Böden auf mitteldichte Lagerung. In Europa wird die Sonde mit geschlossener Spitze eingesetzt. Vor allem in USA werden häufig auch aufklappbare Entnahme-stutzen, Bild D10.30, angewendet, um dünne Proben zu gewinnen. Wegen der in den verschiedenen Bodenarten an der Spitze sich abspielenden komplexen Verformungsvorgänge (Spitzenwirkung erst, wenn Pfropfen gebildet) sind die Aussa-gen der Sonde mit offener Spitze fragwürdig.

Bild D10.10: Rammsondenspitze für DPL-5, DPL, DPM, DPM-A, DPH; die Abmessungen sind untenstehender Tabelle zu entnehmen (GRUNDBAUTASCHENBUCH, 2001)

Benennung Kurz-zeichen

Sondiergerät

Spit-zen-quer-schnittAc cm2

Spitzendurch-messer

d mm

Masse des Ramm-bären m kg

Fall-höhe h m

Gestän-gedurch-messer außen / innen mm

Masse der Eintreibvor-richtung ohne Rammbär max. kg

Mess-größe n

Untersu-chungstiefe ab Ansatz-punkt t m

Einsatz eingeschränkt in (Böden nach DIN 4022 Teil 1)

Leichte Ramm-sonde (Dynamic Probing Light) (siehe Bild C3.01)

DPL 10 35,7 ±0,3

10 ±0,1

0,50 ±0,01

22/6 6 N10 10 mitteldichten und dicht gelagerten Kiesen, festen tonigen und schluffigen Böden

Leichte Ramm-sonde

DPL-5 5 25,2 ±0,2

10 ±0,1

0,50 ±0,01

22/6 6 N10 8 tonigen und schluffigen Böden und dicht gelager-ten grobkörnigen Böden

Mittelschwere Rammsonde (Dynamic Probing Medium)

DPM 10 35,7 ±0,3

30 ±0,3

0,50 ±0,01

32/9 18 N10 20 dicht gelagerten Kiesen

Mittelschwere Rammsonde

DPM-A 10 35,7 ±0,3

30 ±0,3

0,20 ±0,01

22/6 6 N10 15 dicht gelagerten Kiesen, festen tonigen und schluf-figen Böden

Schwere Ramm-sonde (Dynamic Probing Heavy)

DPH 15 43,7 ±0,3

50 ±0,5

0,50 ±0,01

32/9 18 N10 25

Tabelle D10.10: Übersicht über Sondiergeräte


Bild D10.20: Leichte (DPL) und Schwere Rammson-de (MELZER, 1968)

Bild D10.30: Standard-Penetration-Sonde (SPT = BDP) a) Sonde, b) Sondenspitze (MELZER, 1968)

Bild D10.40 zeigt beispielhaft das Ergebnis einer Rammsondierung als tiefenbezogenes Sondierdiagramm.

D.10.3 Drucksondierung: Cone Penetration Test

Statischer Druckversuch, bei dem eine kegelförmige Spitze (10 cm2) über ein Gestänge in den Boden gedrückt und der Widerstand gemessen wird. Dabei wird an der Spitze mit ihrem Öffnungswinkel von 60° der Spitzenwiderstand qc und an einer Hülse die hier wirkende Mantelreibung fs gemessen (Bild D10.50). Aus dem Reibungsverhältnis fs/qc sowie der Größe des Spitzenwiderstandes kann auf die Bodenart ge-schlossen werden (Bild D10.60). Für Sand bestehen gesicherte Korrelationen zur Scherfestigkeit, Bild D10.70 und zur Lagerungsdichte, Bild D10.90. Wei-terhin wird ein unmittelbarer Zusammenhang zwi-schen dem Spitzenwiderstand beim CPT mit dem Grenzwert des Spitzendrucks bei Bohrpfählen herge-stellt. Bei einigen Geräten kann zusätzlich der Poren-wasserdruck im Bereich der Sondenspitze gemessen werden. Bild D10.100 stellt das vollständige Gerät dar. Bild D10.80 zeigt beispielhaft das Ergebnis einer Drucksondierung. Erst unterhalb einer Tiefe von etwa 1,5 m kommt man zu eindeutigen Sondierwiderstän-den, darüber wirkt sich die Verdrängung zur Oberflä-che aus. Auch der Einfluss von Grundwasser ist ab dieser Tiefe unbedeutend. Untersuchungen sind bis etwa 25 m in nichtbindigen Böden möglich. Die erfor-derliche Reaktionskraft von ca. 100 kN muss durch Zuganker oder ein schweres Fahrzeug bewirkt wer-den.

Bild D10.40: Rammsondierdiagramm

a) b)


Bild D10.50: Spitze der Drucksonde CPT nach DIN 4094 (MELZER, 2001)

Bild D10.60: Beispiel für eine halblogarithmische Beziehung zwischen Spitzenwiderstand und Rei-bungsverhältnis in typischen Bodenarten; nach Messungen der Fa. GEOSOND (MELZER, 2001). Im Kies ist das Verhältnis von Mantelreibung zu Spitzendruck deutlich größer als im Ton.

Bild D10.70: Spitzendruck und Reibungswinkel (MUHS, 1980)

Bild D10.100: Holländische Drucksonde (MELZER, 1968)

1 Kegel, Ac=10 cm², Öffnungswinkel=60° 2 Messkörper 3 Dehnungsmessstreifen 4 Reibungshülse, As=150 cm² 5 Justierring 6 wasserdichte Kabelführung 7 Signalkabel 8 Gestängeverbindung

Reibungsverhältnis Rf=(fs/qc)·100

Reibungsverhältnis [%]

Spi

tzen

wid

erst

and

[MN

/m²]


Bild D10.80: Beispiel für Ergebnis einer Drucksondierung Bild D10.90: Spitzendruck und Lagerungsdichte (MUHS,1980)

D.10.4 Flügelsondierung (Vane Test)

Die Flügelsonde besteht aus vier gekreuzten Blechen an einer Drehachse, über die ein Torsionsmoment aufgebracht wird (Bild D10.110). Diese Flügel schneiden beim Drehen einen zylindrischen Bodenkörper aus, durch dessen Mantelreibung auf die Scherfestigkeit des Bodens rückgeschlossen wird. Da nur totale Spannungen gemessen werden, eignet sich das Gerät vor allem zur Messung der Scherfestigkeit cu eines nicht zu festen undränierten Bodens. Die Abmessungen sind in DIN 4096 genormt. Auswertung: cu = 6 M / (7 π⋅d1

3) (M - Drehmoment), wenn die Flügelhöhe = 2d1 ist. Bei Böden mit geringer Konsistenz muss das Messergebnis nach Untersuchungen des Norwegischen Geotechnischen Insti-tuts in Abhängigkeit von der Plastizitätszahl IP (siehe E.5) korrigiert werden, Bild D10.120. Bild D10.130 gibt ein Anwendungsbeispiel: 10 Flügelsondierprofile im gleichen Boden (Klei, Brunsbüttel) ergeben im Mittel eine etwa lineare Zunahme von cu mit der Tiefe (Boden ohne Vorbelastung). Nach dem Erreichen des Maximums von M wird jeweils mehrfach weitergedreht, um den Restscherfestigkeitswert zu erhal-ten. Aus dem Verhältnis kann auf die Sensitivität geschlossen werden (s. Abschnitt I.9). Die Flügelsonde wird auch im Labor zur Untersuchung von Bodenproben mit der Handflügelsonde eingesetzt.

Flügel StabKurzzeichen h d1 s d2

FS 50 100 50 1,5 13

FS 75 150 75 3 16

Bild D10.110: Flügelsonde (WEISS, 1990) und Abmessungen


D.10.5 Seitendrucksonden

Unter Seitendrucksondierungen werden "waagerechte Plattendruckversuche" und radialsymmetrische Expansionsversuche im Bohrloch verstanden. Sie wurden zuerst von KÖGLER in Freiberg/Sachsen in den 30-er Jahren entwickelt. Auf dieser Grundlage wurde in Frankreich von MENARD das Pressiometer (BAGUELIN et al.(1978)) als Standard- Baugrunderkun-dungsgerät eingeführt. Da durch Seitendrucksonden unmittelbar eine Last-Verformungs-Beziehung ermittelt wird, werden sie in der Vorlesungseinheit H: Verformungen behandelt.

D.11 Geophysikalische Verfahren zur Baugrunderkundung

Die Geophysik bietet eine Vielzahl von Methoden, um physikalische Eigenschaften des Untergrundes bzw. deren Auswir-kung bei einer künstlichen Anregung zu messen und die Ergebnisse so aufzubereiten, dass sie die geotechnische Bau-grunderkundung unterstützen können. In der Regel werden die Auswirkungen von gezielt erzeugten Feldern (elektrisch, magnetisch, thermisch, Wellen) an vielen Einzelpunkten gemessen. Bild D11.10 zeigt verschiedene Möglichkeiten von Son-denanordnungen am Beispiel von Strahlensonden. Die Messgrößen repräsentieren Funktionswerte in Abhängigkeit von Zeit, Ort und physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Durch Lösung häufig großer und komplexer Gleichungssysteme werden Rück-rechnungen, Simulationsrechnungen oder best-fit-Korrelationen vorgenommen, die die physikalischen Eigenschaften des Bodens auch abseits der zugänglichen Messpunkte zum Ergebnis haben. Seismische Methoden nutzen die verschiedenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten sowie Reflexionen und Refraktion von Wellen in verschiedenen Böden / Gesteinen z.B. zur Erkundung von Schichtgrenzen. Die Wellengeschwindigkeit ist von der Dichte und dem E-Modul des durchlaufenen Materials abhängig. Die Gravimetrie misst lokale Anomalien der Erdbeschleunigung. Sie kann z.B. Hinweise auf oberflächennahe Hohlräume geben. Radiometrie: Die radiometrische Sonde, oft Isotopensonde genannt, nutzt aus, dass die Energie einer radioaktiven Strah-lung um so stärker dissipiert wird, je dichter ein Material ist. Dazu wird die Messung der Impulsrate einer Gammastrahlung über eine definierte Entfernung genutzt. Verschiedene Versuchsanordnungen sind in Bild D11.10 dargestellt. In der Praxis haben sich die Anordnungen (a) und (d) bedingt durchgesetzt. Nach diesem Prinzip arbeiten die sog. Troxler-Sonden. Er-gänzend werden oft Neutronenstrahlsonden zur Messung des Wassergehalts verwendet, die von H-Atomen absorbiert wer-den. Die Messergebnisse können aber unsicher sein, da die H-Atome des Wassers nicht die einzigen H-Atome im Boden sein müssen. Die Verwendung der Geräte unterliegt den Bestimmungen der Strahlenschutzverordnung. Geoelektrik: Durch 4 gesteckte Elektroden im Abstand a (Anordnung nach Wenner) wird ein Gleichstromfeld im Boden er-zeugt, mit dem der Widerstand des Bodens bis zu einer geschätzten Tiefe von a/4 gemessen wird. Anhaltswerte für den Widerstand (nach GGU, 2000): massiver Fels >5000 Ωm, verwitterter Fels 100-1000 Ωm, feuchter Sand >100 Ωm, nasser Sand >50 Ωm, Schluff >20 Ωm, Ton 5-20 Ωm, Süßwasser 20 Ωm.

Bild D10.120: Korrekturbeiwert für Flügelsondie-rungen (BJERRUM, 1973)

Bild D10.130: Beispiel einer Flügelsondierung in Klei


Georadar: Mit einer über die Oberfläche gezogenen Sende-/Empfänger-Antenne (Transducer) werden elektromagnetische Impulse in den Untergrund ein-geleitet und die z.B. an Schichtgrenzen oder unterir-dischen Bauwerken reflektierten Signale registriert. Die Wellenausbreitung ist von der Dielektrizität und Leitfähigkeit der durchleitenden Stoffe abhängig. Erreichbare Tiefen bis etwa 10 m. Geomagnetik: Messung der Anomalien des Erdmag-netfeldes, verursacht z.B. durch ferromagnetische Gesteine oder Objekte im Untergrund, auch Leitun-gen und Blindgänger. Bei Messungen in verschiede-nen Höhen über der Oberfläche können Signalstärke und Gradient auch Hinweise zur Größe und Tiefenla-ge eines Objektes geben. Erreichbare Tiefe etwa 4 m. Elektromagnetik: Hier wird ein künstliches elektromagnetisches Feld erzeugt, welches in allen metallischen Objekten eine Induktion bewirkt. Nach plötzlicher Abschaltung des Sendestroms wird mit einer Antenne das Ausklingen des rückgesende-ten Signals gemessen und analysiert. Erreichbare Tiefe bis 8 m. Bodenthermik: Temperaturanomalien im Untergrund können hilfreich sein, um Grundwasserströmungen aufzuspüren, die z.B. bei einem Leck in einer Dichtung auftreten. Gemessen wird in einem Hohlgestänge, welches in den Boden eingebracht wird oder mit Hilfe von Sensoren, die beim Einbau einer Dichtung mitverlegt werden.

D.12 Baugrundmodell

Alle Informationen, die bei einer Baugrunderkundung gewonnen werden, und die stets nur punktuelle Ergebnisse darstellen, müssen zu einem räumlichen Modell des Baugrunds zusammengefügt werden, da eine bauwerksbezogene Planung (Her-stellen der Baugrube, Verbau, Gründung, Verformungsprognosen) Ansätze über die Eigenschaften (Schichtverlauf, Qualität) des Baugrunds im gesamten Umfeld und nicht nur an den Untersuchungspunkten voraussetzt. Die Beschreibung des Mo-dells, welche die Tiefenlage aller für ein Bauvorhaben wichtigen Schichten mit ihrem räumlichen Verlauf enthält und die Beschreibung aller wichtigen Eigenschaften dieser Schichten mit ihren Streuungen, geschieht in der Regel in einem Bau-grundgutachten. Sehr empfehlenswert und hilfreich ist, das räumliche Modell der maßgebenden Schichten in Schnitten (Bild D12.20) und Schichtlagerungskarten (z. B. Bild D12.10) darzustellen. Schichtlagerungskarten sind Lagepläne, in denen Höhenlinien von Schichtgrenzen dargestellt werden. In den Schichtlagerungskarten sollten alle Stützpunkte, die aufgrund von Aufschlüssen bekannt sind, nachvollziehbar angegeben werden. Zwischen den Stützpunkten müssen die Höhenlinien interpoliert werden, wobei es hilfreich sein kann, geologische Zusammenhänge zu berücksichtigen. Manchmal ist es zweckmäßig, explizit an-zugeben, dass eine Interpolation vorliegt und die Höhenlinien keine exakten Informationen darstellen können. Gleiches gilt für Baugrundschnitte, in denen die Schichtgrenzen zwischen den Aufschlüssen nur als Interpolationsergebnisse mit möglichen deutlichen Abweichungen gedeutet werden können. Bei Baugrundschnitten ist zudem zu berücksichtigen, dass in der Regel die Ergebnisse von Bohrungen in die Schnittebene projiziert werden müssen.

Bild D11.10: Strahlensonden (MUHS, 1980)


Im Baugrundmodell muss der Bearbeiter einerseits Interpolationen zwischen den Aufschlüssen vornehmen, andererseits sind problem-bezogene Vereinfachungen und Abstraktionen erforderlich. Es liegt in der Natur der Sache, dass das durch Abstraktion und Interpolation gewonnene Modell nicht exakt der natürlichen Situation entspricht, die - zumindest bereichsweise - z.B. beim Aushub einer Baugrube angetroffen wird. Derartige Abweichungen begründen das soge-nannte "Baugrundrisiko", welches nach deutscher Rechtsprechung beim Bauherrn liegt, der das Grundstück besitzt und für dessen Eigenschaften im Zusammenhang mit einem Bauvertrag zuständig ist. Eine möglichst zutreffende Baugrundbeschreibung (Beschrei-bung des Baugrundmodells) liegt damit im Interesse jedes Bauherrn. Sie lässt sich in der Regel durch eine solide Baugrunderkundung mit dichtem Erkundungsraster erreichen. Andererseits ist eine Bau-grunderkundung mit Kosten verbunden. Es muss bei jeder Baumaß-nahme ein Optimum zwischen Erkundungsaufwand und Begrenzung des Baugrundrisikos gesucht werden. Dies lässt Raum für Ermes-sensspielräume (weit verbreitete Karikatur in Bild D12.30), anderer-seits setzen die in den Normen genannten Erkundungsdichten hier-zu die Standards.

Bild D12.10: Darstellung von Erkundungsergeb-nissen in einer Schichtlagerungskarte; hier: Untergrenze von Deckschichten / Oberfläche von Festgestein

Bild D12.20: Darstellung der Erkundungsergeb-nisse in einem Baugrundschnitt (SCHMIDT, 1996)

Bild D12.30: „…und wir können noch 200 Lire sparen, wenn wir die Baugrunderkundung auf einen Schurf begrenzen.“


D.13 Zusammenfassung

Eine zusammenfassende Übersicht über die Methoden der Baugrunderkundung bis hin zur Erstellung des geotechnischen Berichtes (Baugrund- und Gründungsgutachten) gibt Bild D13.10.

Bild D13.10: Methoden der Baugrunderkundung (SCHMIDT, 1996)


D.14 Schrifttum

BAGUELIN, F. et al. (1978): The pressuremeter and foundation engineering. Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Paris.

BJERRUM, L. (1973): Problems of soil mechanics and construction on soft clays and structurally unstable soils. Proc. 8. ICSMFE Moskau,3, S.111-159.

GGU (2000), Gesellschaft für Geophysikalische Untersuchungen: Informationsmappe, Auflage 2a, Karlsruhe. MELZER, K. J. (1968): Sondenuntersuchungen in Sand. Mitt.VGB Heft 43, Aachen. MELZER, K.-J. / BERGDAHL, U. (2001): Baugrunduntersuchungen im Feld, Grundbautaschenbuch 6. Auflage, Teil 1, Ab-

schnitt 1.3, Verlag W. Ernst u. Sohn, Berlin, München. MUHS, H. (1980): Baugrunduntersuchungen im Feld. Grundbautaschenbuch 3. Auflage, Teil 1, Abschnitt 1.4. Verlag W.

Ernst u. Sohn Berlin München. SCHMIDT, H.-H. (1996): Grundlagen der Geotechnik, B.G. Teubner, Stuttgart. ULRICH, G. (2001): Bohrverfahren. Grundbautaschenbuch 6. Auflage, Teil 2, , Abschnitt 2.6, Verlag W. Ernst u. Sohn, Ber-

lin, München. VERMEER, P. (1998): Skriptum Geotechnik 1.1, Institut für Geotechnik, Universität Stuttgart WEISS, K. (1990): Baugrunduntersuchungen im Feld. Grundbautaschenbuch 4. Aufl., Teil 1, Kap. 1.4., Verlag W. Ernst und

Sohn Berlin

Documents

Vorl g d Baugrunderkundung, Baugrundbeschreibung