Grundlagen

1. Der Baustoff Boden

• Entstehung der Erdstoffe

• Bodenstruktur

1. Erdbaustoffe und ihre mechanische Kenngrößen

• Einteilung der Erdstoffe

• Qualitative Einteilung der Lockerböden

• Korngrößenverteilung

• Zustandsform des Erdstoffes

1. Technologisch-technische Vorbereitung

• Baugrundgutachten

• Baugrund- und Bodenuntersuchungen

• Projektierung

1. Gestaltung von Böschungen

• Böschungen in nichtbindigen Böden

• Böschungen in bindigen Böden

1. Baugruben und Gräben

• Sicherung der Grabenwände

• Geböschte Baugruben

1. Erdaushub in Leitungsgräben

2. Bodenverdichtung

• Grundsätze

• Prüfung

• Erstarrungsgesteine (magmatische Gesteine)

• Ablagerungsgesteine (Sedimentgesteine)

• Umwandlungsgesteine (metamorphe Gesteine)

1. Erdkruste

• bis etwa 16 km Tiefe fast 95% magmatische und metamorphe Gesteine

1. Erdoberfläche

• zu ca 75% von Sediment bdeckt und nur zu 25% von magmatischen und metamorphen Gesteinen

  
  

Def.: Mineralien sind chemisch und physikalisch einheitliche kleinste Teile der Gesteine, in der Regel kristallin, nur wenige sind amorph (z.B. Opal)

Organische Verbindungen, wie z.B. Kohle gehören nicht zu den Mineralien

• von Lebewesen gebildet oder industriell hergestellt

• enthalten immer das Element Kohlenstoff, fast alle auch Wasserstoff

• nur wenige Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Phosphor sind am Aufbau organischer Verbindungen beteiligt

• mehrere Millionen dieser organischen Stoffe sind bekannt, jährlich zehntausende mehr

• nur etwa hunderttausend anorganische Stoffe, genauer 5800 Arten gesteinsbildende Mineralien

• Die wichtigsten (prozentualer Anteil an Gesteinen in Klammern

  • Feldspat und Feldspatvertreter (55-60%)

  • Amphibole (Hornblenden) & Augit (15-16%)

  • Quarz (12%)

  • Glimmer (3-4%)

  • Olivin, Kalkspat & Aragonit (1,5%)

  • Dolomit, Gips, Anhydrit, Limonit, Glaukonit, Tonmineralien (1-1,5%)

1. Härte

2. Kristallstrukturen

3. Einteilung nach chemischen Zusammensetzungen

“Feldspat, Quarz und Glimmer, die vergiss ich nimmer”

Härteskala nach Mohs

• Maß für die Kratzfestigkeit eines Minerals

• 1812 vom deutschten Geologen und Mineralogen Friedrich Mohs entwickelt

• Idee: das härtere Material zerkratzt das weichere Material

7 Kristallstrukturen

1. chemische Elemente z.B. Diamant=C

2. Sulfide und Sulfosalze, Antimonide, Arsenide, Bismutide, Telluride

3. Halogenide

4. Oxide und Hyroxide

5. Carbonate und Nitrate

6. Borate

7. Sulfate, Chromate, Molybdate, Tellurate, Selenate, Wolframate

8. Phosphate, Arsenate, Vanadate

9. Silikate und Germanate

10. Organische Verbindungen

• Vulkanite

• Plutonite

• Plattentektonik

  • -> innere Einflüsse/innere Kräfte wirken z.B. Faltengebirge

=Ergussgestein

Def.: schnelle Abkühlung der Lava, wenig/keine Zeit zur Kristallbildung

Struktur:

• feinkörnige Struktur oder glasige Erstarrung, manchmal Fließrichtung der Lava erkennbar

• Einschlüsse oder Spalten (Basaltsäulen) z.B, Basalt, Basaltlava, Diabas, Trachyt

Def: Magma dringt in Gesteinsspalten ein, kühlt dort ab- je nach Form des Ganges sehr unterschiedlich

z.B.:

• wie Tiefengestein, nur schneller abkühlend, daher feinkörnig

• Porphyr (dichte feinkörnoge Grundmasse mit großen Einsprenglingen)

=Tiefengestein

Def. Tiefengestein: Langsame Abkühlung

Struktur: gute Kristallausbildung -> gleichmäßig körnig, richtungslos z.B. Granit (am häufigsten 90-95%), Syrenit, Diorit, Gabbro

• Physikalische (mechanische) Verwitterung

• Chemische Verwitterung

• Abgestorbene Tiere und Pflanzen

• Wasser und Wind

  • -> wirken abtragend (fließendes Wasser/Regen spült weg, Frostsprengung)

  • -> wirken aufbauend (fließendes Wasser spült z.B. Schlamm an, Gletscher schieben Geröllmassen vor sich her)

• Physikalische Verwitterung fühlt zu einer Zerkleinerung der Gesteine ohne Änderung der Zusammensetzung

• führt zu z.B. Oxidationsverwitterung von Eisenspat FECO3 zu Brauneisenstein FEO(OH) bzw FE2O3

• Kohlensäure im (Regen)wasser wirkt auf Kalkstein -> Karst

• Gesteinschichten und Fossilien

• Klastische Sedimente (Trümmergesteine) bei vowiegend physikalischer Verwitterung

  z.B. Schotter, Kies, Sand, Sandstein, Tuff

• chemische Sedimente (Verwitterungsneubildungen) bei vorwiegend chemischer Verwitterung

  z.B. Kalkstein (abgelagert aus Meerwasser oder aus Organismen

  Dolomit (aus Kalkstein- Austausch von Ca mit Mg im Meerwasser)

• organische Sedimente (wenn Organismen im erheblichen Maße beteiligt sind)

  z.B. durch abgestorbene Tiere und Pflanzen, Kieselgesteine wie Kieselgur aus Gewässern abgelagerte Diatomeen

Magmatische Gesteine oder Sedimente + hoher Druck und hohe Temperaturen

-> Veränderung des Gefüges / der Zusammensetzung -> metamorphe Gesteine

• Ursachen

  • Bewegung innerhalb der Erdkruste/Gebirgsbildungen

• je nach Art der Metamorphose unterscheidet man:

  • Kristalline Schiefer: Umkristallisation durch hohen Druck und hohe Temperature

    z.B. M.G.: Granit —> Gneis, Kalkstein -> Mamor

    S.G.: Tone, Schiefertone -> Glimmerschiefer

• Kontaktgesteine (Kontakt mit Magma mit festem Gestein

• Mischgesteine (völliges Aufschmelzen von Gestein bei sehr hoher Temperatur

• Zuschlag für Mörtel und Beton

• Naturwerksteine z.B. Fassaden, Fensterbänke, Treppen, Dacheindeckung

• im Straßenbau zB als Frostschutzschicht, Schotter, Split

• Kiesflächen im Hof und Zufahrt

• Wasserbau: Schütt- und Uferbausteine

• Eisenbahnbau: Gleisbettung

• Pflaster-, Bord- und Grenzsteine

• Mergelkalk, Kalkstein, Gipsstein -> Produktion von Zement, Kalk, Gips

• Ton -> Ziegel, Fliesen

• Diabas, Basalt -> Steinwolle

• Bodenklasse 1: Oberboden

• Bodenklasse 2: Fließende Bodenarten

• Bodenklasse 3: Leicht lösbare Bodenarten

• Bodenklasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten

• Bodenklasse 5: Schwer lösbare Bodenarten

• Bodenklasse 6: Leicht lösbare Fels und vergleichbare Bodenarten

• Bodenklasse 7: Schwer lösbarer Fels

Einteilung von Böden vor dem Lösen

“Lösen” -> Kalkulation

1. Erstarrungsgesteine (magmatische Gesteine)

2. Tiefen-, Gang- und Ergussgestein: harte/hohe Druckfestigkeit, oft Kristallstruktur sichtbar

3. Auswurfgestein: porös, leicht

4. Ablagerungsgesteine (Sedimentgesteine): geschichtet, Fossilien

5. Umwandlungsgesteine (metamorphe Gesteine): unterschiedlich, oft vielfarbig, Druckfestigkeit unterschiedlich, oft druckfest (Gneis), manchmal leicht spaltbar (Schiefer), ritzfest (Mamor)

• organisch: von Lebewesen im Stoffwechsel gebildet, aber auch industriell hergestellte Kunststoffe, enthakten immer das Element Kohlenstoff

• anorganisch: aus Gesteinsbestandteilen (Mineralien!!!), nicht von Lebewesen im Stoffwechsel gebildet

Merksatz Mineralien: Mineralien sind chemisch und physikalisch einheitlich kleinste Teile der Gesteine

1. gewachsener Boden: Ablagerung über lange Zeit - Gegenteil von aufgeschüttetem Biden ggf verdichtet (durch natürliche Belastung)

2. Fels

3. geschütteter Boden: künstliche/menschengemachte Aufschüttung zB Auffüllung von Senken mit Bauschutt, Verfüllen von Gewässerm mit Oberboden, auch Aufspülung

Homogenbereiche

Definition von Bodenbereiuchen-/mengen zum Zweck der Ausschreibung/Abrechnung gemäß VOB (als Kalkulationsgrundlage fpr Arbeitsmitteleinsatz Gewerk Erdarbeiten)

-          Bodenschichtung

-          Wasser

-          Kleinrammbohrung

-          Kleinrammbohrung (KRB) Methode zur Erkundung des Bodenaufbaus und zur Entnahme von Bodenproben aus Lockergesteinen

-          Wir in der Geologie, im Bauwesen und bei der Erkundung von Altlasten angewendet

-          hohlen Sonde aus Stahl, die an einer Seite geschlitzt ist mit einem darauf geschraubten Schlagbolzen und einem motorgetriebenen Bohrhammer

-          wird mit einem hydraulischen Zuggerät oder in einfachen Fällen mit einem manuellen Doppelhebel herausgezogen (Ziehen der Sonde)

-          Abrutschen wird durch Klemmvorrichtung verhindert

-          Besitzt am Ende ringförmige Schneide, in verschiedenen Durchmessern

36, 40, 50, 70, 80, 100mm

-          Länge der Sonde: 1, 2, 3, 4 Meter

-          Zwischen Sonde und Schlagkopf können Distanzstangen geschraubt werden, um größere Tiefen zu erreichen

-          Auswahl des Ansatzpunktes

-          Sonde lotrecht in den Boden rammen, bis Schlagkopf aus dem Boden ragt und hohle Sonde bis oben hin gefüllt ist

-          So bis in tiefe von 6-10 Meter mit verschiedenen Sonden

-          Trockenbohrverfahren bei tieferen Erkundungen

-          Gezogenen Sonden werden horizontal gelagert

-          Durch seitlichen Schlitz können Proben entnommen werden

-          Sonde kann nach Reinigung wieder verwendet werden

-          Bohrloch wird am Ende wieder gefüllt oder als Messstelle verwendet (Grundwassermessstelle oder Bodenluftmessstelle)

-          Messung des Grundwasserspiegels

-          Beprobung der Bodenluft

1.       Bodenmechanische Versuche

2.       Kornanalysen

a.       Kornanalyse

o   Mehrere aufeinanderfolgende Korngrößen = Korngruppe

o   Zur Ermittlung der Korngröße einer Korngruppe wird die Größe von zwei Begrenzungssieben angegeben

o   Z.B. 8/16 -> d= 8mm Körner und d=16mm Körner

o   Hier: Kleinstkorn 8mm, Größtkorn 16mm

o   Ergänzungssieb 1 hilft mit Begrenzungssieb 5,6   ;   11;2   ;   22,4   ;   45   um weitere Korngruppen festzustellen

b.       Kornfestigkeit

o   Muss so fest sein, dass damit hergestellter Mörtel und Beton die geforderten Eigenschaften erreicht#

c.       Wiederstand gegen Frost

o   Natürlich gewonnene weniger anfällig

o   Wenn sie rasch Wasser aufsaugen anfälliger

d.       Schädliche Bestandteile

o   Stören beim erhärten und erstarren

o   Setzen Festigkeit und Dichte herab und können zu Absprengungen führen

o   Z.b. Lehm, Humus, Ton

e.       Regelanforderungen

o   Einhaltung der Alkalirichtlinie  

§  Kornzusammensetzung

§  Kornform

§  Muschelschalengehalt

§  Feinanteile

§  Frostwiederstand

§  Chloridgehalt

§  Schwefelhaltige Bestandteile

§  Organische Stoffe

§  Leichtgewichtige organische Verunreinigungen

§  Alkaliunempfindlich

§  Wiederstand gegen: Verschleiß, Polieren, Abrieb, Frost-Tausal

3.       Geometrische Anforderungen

-          Gesteinskörnungen werden in Korngröße d/D ausgedrückt

-          Bezeichnung der Korngruppen entsprechen den Siebgrößen des Grundsiebsatzes und des Ergänzungssiebsatzes

-          Feine Gesteinskörnung (Sand) muss Hersteller für seine mittlere Sieblinie angeben

-          Muss vorgegebene Grenzabweichungen einhalten

-          Festgelegte Gesteinskörnung erhält Sortennummer (kann nur mit Hilfe dieser Nr. abgeändert werden)

-          Grobe Gesteinskörnung  unterscheidet man zwischen enggestuften und weitgestuften Gesteinskörnungen

o   Enggestufte grobe Gesteinskörnung

Entsprechen Korngruppen z.B.  2/8, 8/16, 16/32

o   Weitgestufte grobe Gesteinskörnung

Reihe weiter auseinander liegender Siebe

Es muss zusätzlich ein Siebdurchgang durch ein mittleres Sieb eingehalten werden

-          Man unterscheidet natürliche Gesteine und industriell hergestellte Gesteinskörnungen

-          Ungebrochene Gesteinskörnung

o   Aus Gruben, Flussläufen und Seen gewonnene, feine und grobe Gesteinskörnung (Sand und Kies) mit runder, kugeliger Form

o   als leichte Gesteinskörnung kann Naturbims oder Lavaschlacke verwendet werden

-          Gebrochene Gesteinskörnung

o   Ist Brechsand, Splitt, Schotter und Steinschlag

o   Scharfkantig

o   Edelbrechsand und Edelsplitt sind mehrfach gebrochenes Gestein

-          Mit dichtem und porigen Gefüge ist ungebrochen oder gebrochen

-          Dichte Gesteinskörnung

o   Z.B. in entsprechende Korngröße gebrochene Hochofenschlacke und Hüttensand

o   Entstehen durch Abschrecken heißer Hochofenschlacke mit Wasser

-          Porige Gesteinskörnung

o   Z.B. Hüttenbims, Sinterbims, Ziegelsplitt

o   Hüttenbims: entsteht, wenn man Wasser durch heiße Hochofenschlacke presst -> Schlacke erhält feine Porung

o   Sinterbims: aus zusammengeschmolzenen Abfallprodukten, wie aus Müllverbrennungsschlacke

o   Ziegelsplitt: aus Bruchabfall von Ziegeleien und aus Abbruchziegeln gewonnen

-          Kornzusammensetzung

o   Aus verschiedenen Korngrößen zusammengesetzt

o   Wird durch Siebversuch ermittelt

o   Prüfsieb:

§  Aus 10 quadratischen Sieben mit einem Auffangkasten

§  Oberen 5 Siebe sind Quadratlochsiebe mit Lochweite 63mm, 31,5mm, 16mm, 8mm, 4mm

§  Unteren 5 Siebe sind Maschensiebe mit Lochweite 2mm, 1mm, 0,5mm, 0,25mm, 0,125mm

o   Durchführung Siebversuch:

§  an verschiedenen Stellen bestimmte Menge an Proben aus Haufen nehmen (=Durchschnittsprobe) -> nach trocknen auf oberste Sieb gegeben -> gesiebt bis kein Korn mehr durch die Siebe fällt

§  Rückstände auf den einzelnen Sieben werden gewogen, beginnend mit dem oberen Sieb und schüttet jeweils den Inhalt des oberen Siebes hinzu (=additive Wägung)

§  Rückstände aller Siebe und Auffangkasten müssen Wert vor Siebung ergeben

o   Sieblinie: erhält man, wenn man die Werte im Schaubild einträgt

-          DIN 1045-2: Grenzsieblinien festgelegt für Kornzusammensetzungen bei Beton

o   man unterscheidet 4 Schaubilder, jedes enthält 3 Sieblinien

§  Linie A: grobes Korngemisch

§  Linie B: mittleres Korngemisch

§  Linie C: feines Korngemisch

-          Gesteinskörnungen aus Restbeton

o   Entstehen durch Auswaschen und Aufbereiten von Restmörtel und Restbeton im Transportbetonwerk

o   Alles ab 0,2mm darf wiederverwendet werden + Zementleim auswaschen

o   Restwasser und Restbeton dürfen nur dort verwendet werden, wo sie auch ursprünglich verarbeitet wurden

-          Ausfallkörnung

o   Kornzusammensetzung, bei den eine oder mehrere Korngruppen fehlen

o   Sieblinie ist hier mit U gekennzeichnet, verläuft waagerecht im fehlenden Bereich (=unstetige Sieblinie)

o   Stetige Sieblinie: Sieblinien, die alle Korngrößen enthalten

-          Korngefüge (Kornhaufwerk): dichtes, hohlraumarmes Korngefüge ergeben

o   Umso dichter, je mehr Hohlräume mit großen Körnern ausgefüllt sind

-          Grenzsieblinien festgelegt für Kornzusammensetzungen bei Beton

o   man unterscheidet 4 Schaubilder, jedes enthält 3 Sieblinien

§  Linie A: grobes Korngemisch

§  Linie B: mittleres Korngemisch

§  Linie C: feines Korngemisch

Stoffe die zusammen mit Bindemittel und Zugabewasser zu Mörtel und Beton verarbeitet werden

-          Nach Anlieferund in Augenschein nehmen -> Dichtheit und Porigkeit prüfen

-          Kornfestigkeit durch leichte Hammerschläge prüfen

-          Glatte oder raue Kornoberfläche, sollte nicht verunreinigt sein (durch Laub, Humus, Holz)

-          Kornform sollte rund oder würfelig sein

-          Anteil flacher länglicher Körner max 50%

-          Zur Bestimmung der Zugabewassermenge zur Herstellung von Mörtel und Beton

-          Wasser an der Oberfläche und zwischen den Gesteinskörnern

-          Darrversuch: (zur Prüfung der Feuchte)

o   Probe entnehmen

o   Wiegen, im Darrofen trocknen, wiegen

o   Gewichtsunterschied in % ergibt die Oberflächenfeuchte

o   Feuchte ist abhängig von Lagerung und Witterung

-          Bauherrenrisiko

o   = Baugrundrisiko trägt der Bauherr, ebenso:

o   Insolvenz des Bauunternehmens

o   Beschädigung des im Bau befindlichen Gebäudes (Sturm, Feuer, Vandalismus…)

o   Schäden an Personen auf der Baustelle „Verkehrssicherungspflicht“

-          Druckspannung unter Fundament

-          - Setzungen:

a) gleichmäßig/ungleichmäßig

b) Geschwindigkeit?

-          - „Grundbruch“ – was ist das?

-          - Verhalten des Bodens bei Frost – „frostfrei“ gründen „Frostschutzschicht“

- offene Wasserhaltung - Grundwasserabsenkung

Grundlage: DIN 4020 - Ergänzende Regelungen zu

DIN EN 1997-2 Geotechnical investigations

Ablauf Erstellung Baugrundgutachten:

1) Planung von Baugrunduntersuchungen

2) Geländearbeiten

3) Laborarbeiten

4) Geotechnischer Bericht: Zeichnerische Darstellung der

Untersuchungsergebnisse + Erdstatische Berechnungen

DIN 4020 als Checkliste

-          Vorher muss man folgendes wissen:

o   Spezifizierte Aufgabenstellung

o   Daraus abgeleitete Anforderungen an das Gutachten und die Baugrunderkundung

o   Vorläufiges Baugrundmodell

-          Daraus sind folgende Festlegungen zu treffen

o   Mit welcher Methode der Baugrund zu erkunden ist

o   Lage und Tiefe der der Baugrundaufschlüsse

-          Nach DIN EN 1997-2 Abs. 2.4.1.3

o   Beurteilung Schichtenaufbau im Planungsbereich

o   Stellen müssen kritisch in Bezug auf  Grundrissform, Bauwerksverhalten und Lastenverteilung berücksichtigt werden

o   Linienbauwerke: angemessener Achsabstand muss untersucht werden

o   Stabilität des Hanges

o   Keine Gefahr für Nachbargrundstück

-          DIN EN 1997-2 Anhang B

- Kampfmittel- und Leitungsfreiheit

- Einstufung in geotechnische Kategorie

- Einholen von Informationen über die allgemeinen Baugrundverhältnisse und die örtlichen Bauerfahrungen der Nachbarschaft

- Erkunden der Bodenarten bzw. Gesteinsarten und ihrer Schichtung

- Abschätzen der Grundwasserverhältnisse vor, während und nach der Bauausführung; Besichtigen der ausgehobenen Baugrube