vorl-g-e klassifikation der böden

Seite Klassifikation der Böden E.1

Lehrstuhl für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau

E Klassifikation von Boden und Fels

E.1 Allgemeines zur Klassifikation

Klassifizierungssysteme dienen der Ordnung und Organisation komplexer Strukturen, wobei sie zielgerichtet Ähnlich-keiten 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 Frost-sicherheit, 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 be-schreiben und zu klassifizieren ist, vor allem aber durch seine Trennflächen: Schichtflächen und Klüfte, sowie deren Ab-stände und Orientierung. Im Fels ist grundsätzlich zwischen dem Gestein (mit häufig hoher Festigkeit) und dem Gebirge zu unterscheiden, welches vom Verband und den Trennflächen geprägt ist und deshalb eine (meist deutlich) geringere Festig-keit 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



Kornbindung / Geländeversuch

Festigkeit 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

Winkelbereich (°) Toleranz ± 5°

Bezeichnung

< 1 - blättrig 0 - 10 söhlig 1 – 5 sehr stark

klüftig dünnplattig 10 - 30 flach

30 - 60 geneigt 5 – 10 stark klüftig dickplattig 60 - 90 steil

0 – 30 klüftig dünnbankig 30 – 60 schwach klüftig dickbankig

> 60 kompakt massig 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 Über-lagerungen und in Verbindung mit chemischen Umbildungen der Minerale zu Gestein verfestigt (Diagenese). Dabei bleiben im Gefüge 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 Oxydation ansetzt. Auch in magmatischen und metamorphen Gesteinen setzt physikalische und chemische Verwitterung an Trennflächen ein. Im Verlauf des fortschreitenden Verwitterungsprozesses zerfällt der zunächst feste Tonstein, Kalkstein, Schluffstein, 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 ent-stehenden 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.

zunehmende Verwitterung

Gew

icht

sant

eil

Bild E02.10: Körnungslinien bei fortschreitender Verwitterung; die "Sandfraktion" bei geringerer Ver-witterung besteht aus Tonsteinteilchen Korngröße d [mm]



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 Grobbestand-teile, 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

Be-zeichnung

Merkmal Gestein Merkmal Gebirge

VU unverwittert unverwittert, frisch, keine verwitterungsbedingte Auflockerung an Trennflächen kein Verwitterungseinfluss erkennbar

VA angewittert auf frischer Bruchfläche Verwitterung von einzelnen Teilweise Auflockerungen an Trennflächen Mineralkörnern erkennbar (Lupe),

beginnende Mineralumbildung und Verfärbung VE entfestigt durch Verwitterungsvorgänge gelockertes,

jedoch noch im Verband befindliches Mineralgefüge, vollständige Auflockerung an Trennflächen

meist in Verbindung mit Mineralumbildung, insbesondere mit und 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) be-schrieben. Er unterscheidet deutlich zwischen der Verwitterung im Gebirgsverband (

Troc

kenr

ohdi

chte

[g/c

m³]

Trockenroh-dichte Bild E02.30) und der im Korngefüge (Bild

Por

enra

um [%

]

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 Verwitterungs-prozesse an den Ecken und Kanten stärker als auf den Kluft-flächen auswirken, runden sich die Kluftkörper häufig im Zuge der Verwitterung zu charakteristischen Wollsäcken. Endprodukt der Verwitterung von Graniten ist reiner Ton, z.B. Kaolin.

Porenraum

Verwitterungsstufe

Bild E02.20

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 Ab-nahme der Korngröße und Dichte einhergeht.

: Trockenrohdichte und Porenraum in Abhängigkeit von der Verwitterung, ermittelt an Tittlinger Granit.



a) b)a) c)

b)

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 er-mittelten 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 Dar-stellung 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.

c) d)

e) f)

c) a) b) d)

c) d)



0,2 0,5 2 6 20 60

0,00

2

0,0

06

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]

Gew

icht

sant

eil [

%]

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 Durch-lässigkeit 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 ge-messenen Körnungslinien

Bild E03.40: Beispiel (Geschiebemergel) für einen weit-gestuften Boden: Bandbreite der innerhalb einer Schicht gemessenen Körnungslinien

Schlämmkorn

100

80

60

40

20

Siebkorn

0

20

40

60

80

Sandkorn KieskornSchluffkornFein- Mittel-Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob-

Feinstes

d [mm]

Gew

icht

sant

eil [

%]

Schlämmkorn

100

80

60

40

20

Siebkorn

0

20

40

60

80

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

Feinstes

d [mm]

Gew

icht

sant

eil [

%]

0,00

2

0,0

06

0,02

0,06

0,2

0,6

2,0

6,0

20

60

20 10



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

großer Block LBo [-] > 630

Block Bo Y > 200 - 630 Kopfgröße sehr grob-körniger Boden

Stein Co X > 63 - 200 größer als Hühnereier

Kies Grobkies Mittelkies Feinkies

Gr CGr MGr FGr

G gG mG fG

> 2 - 63 > 20 - 63 > 6,3 - 20 > 2,0 - 6,3 grobkörniger

Boden 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

Hühnerei Haselnuss Erbse Streichholzkopf Grieß

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;

feinkörniger Boden

Ton Cl T < 0,002

ausgeprägt plastisch trocken: nur zu zer-brechen; 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.



Bodenart nach DIN 4022

feinkörnig gemischtkörnig grobkörnig Massenanteil < 0,06 mm:

> 40 % Massenanteil < 0,06 mm:

≤ 40 % und ≥ 5 % Massenanteil < 0,06 mm:

< 5 %

- Grobkorn schwimmt in Feikornmatrix

- Grobkorn bildet Korngerüst

- knetbar Bezeichnungen

für - mind. mittlere Trocken-

festigkeit DIN 4022

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

U - Ip ≤ 4 oder - unterhalb d. A-Linie

(Je nach größerem Massenanteil. Sind sie etwa gleich groß (ca. 40 % - 60 %)),

dann G und S

Hauptanteil aus Plastizitäts-diagramm: - Ip ≥ 7 oder T

- oberhalb d. A-Linie T, u bzw. U, t Allgemein nach den Eigenschaften und dem Einfluss

des feinkörnigen Nebenanteils (siehe Plastizität) Wenn weniger als 3 % über oder unter der A-Linie feinkörnige 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 !)

Nebenanteile Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei fein-körnigen Nebenanteilen nicht verwendet

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

Bodenart nach DIN EN ISO 14688-1 feinkörnig

(Boden klebt im nassen Zustand)

gemischtkörnig grobkörnig sehr grobkörnig (Boden klebt im nassen Zustand

nicht)

Massenanteil > 63 mm > 50%

- knetbar - mindestens

mittlere Trocken-festigkeit nach DIN EN ISO 14688-1

Be-zeichnungen

für

Cl bzw. Si Co bzw. Bo Gr bzw. Sa (nach bestimmenden Eigenschaften, nicht nach Kornverteilung);

(Je nach größerem Massenanteil. Sind sie etwa gleich groß, dann Gr / Sa)

(Je nach größerem Massenanteil)

Unterscheidung über: - Trockenfestigkeit Hauptanteil - Rüttelversuch - Knetversuch - Reibe-/ Schneidversuch

(Genaue Unterscheidung nur mit Plastizitäts-diagramm möglich)

allgemein nach den Eigenschaften und dem Einfluss des fein-körnigen Nebenanteils (siehe Plastizität)

siCl bzw. clSi

feinkörnige Nebenanteile

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 Korn-größenverteilung)

Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei feinkörnigen Nebenanteilen nicht ver-

wendet

grobkörnige Nebenanteile

"schwach", wenn der jeweilige Massenanteil weniger als 15% beträgt "stark", wenn der jeweilige Massenanteil mehr als 30% beträgt

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



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

LagerungsdichteNichtbindige Böden werden nach der , 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 Sondierungen ab-geleitet. Bei der Benennung der Lagerungsdichte werden die in den folgenden Tabellen verwendeten Bezeichnungen verwendet. Dabei ist die Ungleichförmigkeit zu beachten. In der Tabelle sind außerdem Angaben über zugehörige Grö-ßen des auf die Proctordichte bezogenen Verdichtungsgrades, des Spitzenwiderstands der Drucksonde und des Ein-dringwiderstands von Rammsondierungen aufgeführt.

Verdichtungsgrad D

Spitzenwiderstand Rammsondierungen Bezeichnung bei Cu > 3 Drucksonde qD (-) pr s

(MN/mSchlagzahl

DPH N2) SPT N10 30

sehr locker < 0,2 < 5 < 4 locker 0,2 - 0,45 5 - 15 4 - 15 mitteldicht 0,45 - 0,65 ≥ 98 % ≥ 7,5 16 - 30 16 - 40 dicht > 0,65 ≥ 100 % ≥ 15 30 - > 40 > 40

Tabelle E04.10: Bezeichnungen der Lagerungsdichte, Zuordnung zu Versuchsergebnissen bei ungleichförmigen (Cu > 3) nichtbindigen Böden

Verdichtungsgrad

DSpitzenwiderstand Rammsondierungen Bezeichnung bei Cu ≤ 3

Drucksonde qD (-) pr s (MN/m

Schlagzahl DPH N2) DPL-5 N10 10

sehr locker < 0,15 < 2,0 0 - 1 0 - 3 locker 0,15 - 0,30 2,0 - 5,0 1 - 4 3 - 7 mitteldicht 0,30 - 0,50 ≥ 95 % 5,0 - 12,0 4 - 13 7 - 20 dicht 0,50 - 0,75 ≥ 98 % 12,0 - 20,0 13 - 24 > 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). 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 w

Bild E05.10: Fließgrenzengerät nach Casagrande (aus DIN 18122, Teil 1)

p bezeichnet. Bestimmung der Schrumpfgrenze (DIN 18122, Teil 2). Mit ab-nehmendem Wassergehalt nimmt das Volumen einer bindigen Bodenprobe ab. Die Probe schrumpft dabei durch die Kapillarkraft des eingeschlossenen Wassers. Ab einem bestimmten Wasser-gehalt, der Schrumpfgrenze ws , findet keine Volumenabnahme mehr statt (Bild E05.20). Nach CASAGRANDE (DIN 18196, Bild 1) erhält man eine ver-besserte Einordnung bindiger Böden durch grafische Auftragung der Plastizitätszahl IP über der Fließgrenze wL in der Plastizitäts-karte, 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: I

Bild E05.20: Ermittlung der Schrumpfgrenze

P ≤ 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 ü-berwiegend aus Schluff bestehen.



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 Aktivitäts-zahl Bei gleichem Tongehalt entsprechend der Kornverteilung können

verschiedene Böden unterschiedliche Plastizitäten aufweisen. Deshalb bildet man das Verhältnis von Plastizität (in %) zu Ton-anteil (in %) und erhält die

Kaolinit 0,33 ÷ 0,46 Illit 0,9

Aktivitätszahl IA nach SKEMPTON (1953). Sie erlaubt einen Rückschluss auf die Mineralart des ent-haltenen Tons. Es wird unterschieden:

Calcium-Montmorillonit 1,5 Bentonit 7,2 Tabelle E05.10 : Aktivitätszahlen für verschiedene Tonminerale 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 I zum natürlichen Wassergehalt w durch Berechnen der P

I w- w

w- w w- w = I

P

L

PL

LC =Konsistenzzahl I . Im Ausland ist auch der "liquidity index" IC her: L = 1-IC gebräuchlich.

Den Konsistenzzahlen werden Zustandsformen zugeordnet:

Ein Boden ist flüssig breiig weich steif halbfest wenn IC < 0 > 1 0 ÷ 0,5 0,5 ÷ 0,75 0,75 ÷ 1,0 ist.

Von fester Konsistenz wird gesprochen, wenn der Wassergehalt unterhalb der Schrumpfgrenze liegt. Dies entspricht etwa einer Konsistenzzahl I von > 1,25. c



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 Konsistenz, 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 an-organische Böden wie Kalksande, Seekreide, Kieselgur, von organischen Böden, die teilweise aus Pflanzen- und Tier-resten bestehen ("Mudde" oder "Faulschlamm": Gemisch organischer und anorganischer Schweb- und Sinkstoffe; "Torf": überwiegend 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.

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)

Schlagzahl Spitzen- Konsis-tenz

undränierte druck qScher-

festigkeit s DPM DPL SPT DPH 2(MN/m ) N N NN10 10 10 302cu (kN/m )

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



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.

Definition und Bezeichnung

Korngrößen-Massenanteil

Korndurchmesser Hau

ptgr

uppe

n

≤ 0,063 mm

≤ 2 mm

Gruppen

Kur

zzei

chen

G

rupp

ensy

mbo

l Erkennungsmerkmale Beispiele

eng gestufte Kiese GE steile Körnungslinie infolge Vor-herrschens eines Korngrößenbereichs

Fluss- und Strand-kies

weit gestufte Kies-Sand-Gemische GW

über mehrere Korngrößenbereiche kontinuierlich verlaufende Körnungs-linie

Terrassenschotter

bis

60%

Kie

s (G

rant

)

intermittierend gestufte Kies-Sand-Gemische GI

meist treppenartig verlaufende Kör-nungslinie infolge Fehlens eines oder mehrerer Korngrößenbereiche

vulkanische Schlacken

eng gestufte Sande SE steile Körnungslinie infolge Vor-herrschens eines Korngrößen-bereiches

Dünen- und Flugsand, Fließ-sand, Berliner Sand, Becken-sand, Tertiärsand

weit gestufte Sand-Kies-Gemische SW

über mehrere Korngrößenbereiche kontinuierlich verlaufende Körnungs-linie

Moränensand, Terrassensand

grob

körn

ige

Böd

en

klei

ner 5

%

über

60%

Sand

intermittierend gestufte Sand-Kies-Gemische SI

meist treppenartig verlaufende Kör-nungslinie infolge Fehlens eines oder mehrerer Korngrößenbereiche

Granitgrus

5% bis 15% ≤ 0,063 mm GU Moränenkies

Kie

s-S

chlu

ff-G

e-

über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm GU*

weit oder intermittierend gestufte Kör-nungslinie, Feinkornanteil ist schluffig Verwitterungskies

5% bis 15% ≤ 0,063 mm GT Hangschutt

bis

60%

Kie

s-To

n-G

emis

che

über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm GT* weit oder intermittierend gestufte Kör-nungslinie, Feinkornanteil ist tonig Geschiebelehm

5% bis 15% ≤ 0,063 mm SU Tertiärsand

Sand

-S

chlu

ff-G

e-m

isch

e

über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm SU*

weit oder intermittierend gestufte Kör-nungslinie, Feinkornanteil ist schluffig

Auelehm, Sand-löss

5% bis 15% ≤ 0,063 mm ST Terrassensand, Schleichsand

gem

isch

tkör

nige

Böd

en

5% b

is 4

0%

über

60%

Sand

-Ton

-G

emis

che

über 15% bis 40% ≤ 0,063 mm ST*

weit oder intermittierend gestufte Kör-nungslinie, Feinkornanteil ist tonig Geschiebelehm,

Geschiebemergel



Definition und Bezeichnung Erkennungsmerkmale

Korn-größen-

Mas-senan-

teil

Hau

ptgr

uppe

n

Korn-durch-messer

Lage zur A-Linie

Gruppen

Kur

zzei

chen

Gru

ppen

sym

bol

Trocken-festigkeit

Reaktion beim Schüttelversuch

Plastizität beim Knetver-such

Beispiele

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

IP ≤ 4 % oder unter-halb der A-Linie

Sch

luff

ausgeprägt plastische Schluffe wL> 50% UA

hohe keine bis lang-same

mittlere bis aus-geprägte

vulkanische Böden, Bims-boden

leicht plastische Tone wL < 35 % TL mittlere

bis hohe keine bis langsame

leichte Geschie- bemergel,

IP ≥ 7 % und ober-halb der A-Linie

mittelplastische Tone 35% ≤ wL ≤ 50% TM hohe keine mittlere

Lösslehm, Seeton, Beckenton

fein

körn

ige

Böd

en

über

40%

Ton

ausgeprägt plastische Tone wL> 50% TA sehr hohe keine

aus- geprägte

Lauenburger Ton, Tarras

Schluffe mit organischen Beimengungen und organogene 1) Schluffe 35% ≤ wL ≤ 50%

OU mittlere langsame bis sehr schnelle

mittlere Seekreide, Kieselgur, Mutterboden

über

40%

IP ≥ 7 % und unter-halb der A-Linie

Tone mit organischen Beimengungen und organogene 1) Tone wL> 50%

OT hohe keine aus-geprägte

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

orga

noge

ne1

) und

Böd

en m

it or

gani

sche

n B

eim

engu

ngen

nich

t bre

nn- o

der n

icht

sch

wel

bar

grob- bis gemischtkörnige Böden mit kalkigen, kieseligen Bildungen OK Beimengungen pflanzlicher Art, meist helle

Färbung, leichtes Gewicht, große Porosität Kalk-, Tuff-sand

nicht bis mäßig zersetzte Torfe (Humus) HN Zersetzungsgrad 1 bis 5 nach DIN 19682-12, faserig, holz-reich, hellbraun bis braun

zersetzte Torfe HZ

an Ort und Stelle auf-gewachsene Humus-bildungen

Zersetzungsgrad 6 bis 10 nach DIN 19682-12, schwarz-braun bis schwarz

Niedermoor-, Hochmoor-, Bruchwaldtorf

orga

nisc

he B

öden

bren

n- o

der s

chw

elba

r

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

Auffüllung aus natürlichen Böden; jeweiliges Gruppensymbol in eckigen Klammern [ ]

Auf

-fü

llung

Auffüllung aus Fremdstoffen 2) A

Müll, Bau-schutt

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

Ungleichförmiger Kornauf-bau, weit gestuft

GW weit gestufter Kies und Kies-Sand-Gemisch

Reine Kiese weniger als 5 % < 0,075 mm

Vorherrschen einer Korn-größe, eng gestuft

GP eng gestufter Kies und Kies-Sand-Gemisch

Der Feinanteil ist schluffig

GM schluffige Kiese; eng gestufte Kies-Sand-Schluff-Gemische

Kiese mehr als 50 % des Grobanteils > 4,75 mm

Kiese mit Feinanteilen: mehr als 12 % < 0,075 mm

Der Feinanteil ist tonig GC tonige Kiese; eng gestufte Kies-Sand-Ton-Gemische

Ungleichförmiger Kornauf-bau, weit gestuft

SW weit gestufte Sande und Sand-Kies-Gemische

Reine Sande weniger als 5 % < 0,075 mm

Vorherrschen einer Korn-größe, eng gestuft

SP eng gestufte Sande und Sand-Kies-Gemische

Der Feinanteil ist schluffig

SM schluffige Sande; eng gestufte Sand-Schluff-Gemische

Grob-Böden mehr als 50 % des Bodens > 0,075 mm

Sande mehr als 50 % des Grobanteils < 4,75 mm

Sande mit Fein-anteilen mehr als 12 % < 0,075 mm

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

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

gering plastische Schluffe und Tone Fließgrenze < 50 %

OL organische Schluffe und organische Schluff-Tone mit geringer Plastizität

der Feinanteil ist Schluff MH Schluffe und schluffige Böden mit mittlerer bis hoher Plastizität

der Feinanteil ist Ton CH Tone mit sehr hoher Plastizität

Fein-Böden mehr als 50 % des Bodens < 0,075 mm

Plastische und hochplastische Schluffe und Tone Fließgrenze > 50 % 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"



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 Kluft-körpern > 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 Boden-arten

Bodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasser schwer ab-geben.

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 lös-bare 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 Ton-schiefer, 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)



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 2.3.2 Klasse F: Fels

2.3.1.1 Klasse BN: Nichtbindige Böden, Hauptbestand-teile Sand und Kies, Korngröße bis 63 mm

2.3.2.1 Klasse FV

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, Hauptbestand-teile: 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

Volumenanteil Steine und Blöcke

Korngröße

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.

Trennflächenabstand Verwitterungsgrad

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 Neben-produkte, Abfall, nach Abschnitt 2.2 beschrieben und nach Abschnitt 2.3 eingestuft. Ist dies nicht möglich, werden sie im Hinblick auf ihre Eigenschaften für Bohr-arbeiten spezifisch beschrieben, z.B. nach Druck-festigkeit, Gesteinsart und -körnung, Bewehrungsanteil.

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



Frostempfindlichkeit Kurzzeichen nach DIN 18196 (06/2006)

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

F2 gering bis mittel TA, OT, OH, OK frostempfindlich 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 ein-gebaut werden. Sie werden damit wiederver-wertet. Dabei ist darauf zu achten, dass anthropogen (vom Menschen bedingt) oder natür-lich in den Boden gelangte Schadstoffe (die z.B. die Gesundheit oder die Trinkwasserqualität beeinflussen können) nicht in unzulässigem Um-fang an den Einbauort verbracht werden. Je nach Einbauort werden daher Anforderungen an die Inhaltsstoffe gemacht. Oder anders herum: Je nach Belastung eines Bodens kann er unein-geschränkt oder nur eingeschränkt (nutzungs-bezogen) wieder eingebaut werden. Ein praktisch unbelasteter Boden kann im Hinblick auf diesen Gesichtspunkt überall wiederverwendet werden, ein stark belasteter 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 Be-handlung, Einmischen von Bindemitteln). Die entsprechende Qualifizierung eines Aushub-materials ist daher von erheblicher wirtschaft-licher Bedeutung für ein Bauvorhaben mit Aus-hubarbeiten.

Parameter Zuordnungswerte (mg/kg) Z 0 Z 1.1 Z 1.2 Z 2

1)pH-Wert 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

2) 3)Σ PAK n. EPA 1 5 15 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.

Die Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) hat dazu eine Klassifizierung mit Hilfe von Zu-ordnungswerten erarbeitet. Es sind Zuordnungs-werte Z0, Z1, ..., Z5 anhand der Schadstoffe im Feststoff und im Eluat (Wasser, welches im Kontakt mit dem Boden Schadstoffe aufnehmen konnte) festgelegt, die die Wiederverwertbarkeit steuern: Belastungen unterhalb der Zu-ordnungswerte Z0 erlauben uneingeschränkten Einbau, unterhalb Z2 einen eingeschränkten Einbau und Böden mit Schadstoffzuordnungen oberhalb Z2 müssen in speziell geeigneten Deponien eingebaut oder abgelagert werden.

Tabelle E13.10: Zuordnungswerte Feststoff für Boden

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



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,

Berlin, Heidelberg, New York. SMOLTCZYK, U. (1972): Keupermechanik. Vorträge Baugrundtagung, S. 407 - 420.

vorl-g-e klassifikation der böden

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