diseño de cimentaciones de ing civil

1. Grundlagen
der Geotechnik
Bodenmechanik - Grundbau - Erdbau
Von Prof. Dr.-Ing. Hans-Henning Schmidt
Fachhochschule Stuttgart - Hochschule tür Technik
Mit 485 Bildern und 73 Tabellen
mB. G. Teubner Stuttgart 1996

2. ISBN 978-3-322-94733-8 ISBN 978-3-322-94732-1 (eBook)
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Schmidt, Hans-Henning:
Grundlagen der Geotechnik : Bodenmechanik - Grundbau -
Erdbau ; mit 73 Tabellen / von Hans-Henning Schmidt. -
Stuttgart : Teubner, 1996
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb
der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist oh()e Zustimmung des Verlages unzulässig und
strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die
Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
© B. G. Teubner Stuttgart 1996
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1996
DOI 10.1007/978-3-322-94732-1

3. Vorwort
Das vorliegende Buch ist aus der Vorlesung und dem Umdruck "Geotechnik" (Boden-
mechanik, Erdbau, Felsbau, Grundbau) im Rahmen meiner Lehrtätigkeit an der
Fachhochschule Stuttgart - Hochschule für Technik entstanden. Das Stoffgebiet
ergab sich aus der Erfahrung und Zusammenarbeit als beratender Ingenieur für
Geotechnik mit Architekten, Tragwerksplanern und Bauunternehmern des Hoch-
und Tiefbaus. Das Buch soll Studentenbeim Erlernen und Erarbeiten des Stoffgebiets
helfen sowie die praktizierenden Architekten und Ingenieure bei ihrer täglichen
Arbeit unterstützen. Für Spezialprobleme und tieferes Verständnis wird auf das
Grundbautaschenbuch und auf die vielfältig genannte Literatur verwiesen.
Das Erscheinen des Buches fällt zeitlich mit der Einführung europäischer und neuer
deutscher Regelwerke auf der Grundlage des neuen Partialsicherheitskonzepts
zusammen. Obwohl noch nicht genügend Erfahrungen mit diesen neuen Normen
vorliegen und noch ein beträchtlicher Diskussionsbedarf besteht, kann derzeitig
schon nach den neuen Normen gerechnet und gebaut werden. So ist im vorliegenden
Buch auf die neuen Nachweise eingegangen worden, um die künftigen Wege aufzu-
zeigen. Gleichzeitig wirdjedoch auch auf die heute noch gültigen altenNormenBezug
genommen.
Vorbild für die inhaltliche Gestaltung waren die Studienunterlagen "Bodenmechanik
und Grundbau" von em. o. Prof. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E.h. Ulrich Smoltczyk,
Universität Stuttgart, meinem verehrten Lehrer und Büropartner. Für die freundliche
Genehmigung der Verwendung von Teilen des Umdrucks danke ich ihm herzlich.
Danken möchte ich auch Prof. Dr.-Ing. Roland Buchmaier, der als Fachkollege 1994 an
die Fachhochschule Stuttgart kam, für die fruchtbare Diskussion und das Gegenlesen
sowie für seinen Beitrag über die Zeitsetzung im Abschn. 4.2.3. Danken möchte ich
auch für die nützlichen Anregungen meiner Kollegen.
Mein Dank gilt ganz besonders Frau Annett Gensei für die ansprechende grafische
Gestaltung und meiner lieben Frau, Maria Schmidt, für ihr Verständnis und die
Unterstützung bei der Arbeit an diesem Buch.
Dem Verlag danke ich für die Zusammenarbeit und für die Anregungen bei der
Entstehung des Buches.
Für Vorschläge und Anregungen zur weiteren Entwicklung des vorliegenden Buches
bin ich allen Studenten und Lesern dankbar. Wertvoll sind besonders auch die
bohrenden Fragen jener Studenten, die Satz für Satz kritisch lesen und dabei auf
offene Fragen stoßen.
Stuttgart, Juli 1996 Hans-Henning Schmidt

4. Inhalt
Vorwort ...................................................................................................................................... 3
1 Allgemeines ............................................................................................................. 13
1.1 Aufgabengebiet der Geotechnik .......................................................................... 13
1.2 Technisches Regelwerk ......................................................................................... 14
2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht.............................................. 16
2.1 Definitionen für Boden, Fels und Grundwasser .............................................. 21
2.2 Pflicht zur Baugrunderkundung ......................................................................... 22
2.3 Methoden der Baugrunderkundung, Umfang .................................................. 24
2.4 Labor- und Feldversuche ....................................................................................... 26
2.5 Geotechnischer Bericht - Baugrund- und Gründungsgutachten - .............. 26
2.6 Kennwerte für Boden und Fels ............................................................................ 27
2.7 Zusammenfassung.................................................................................................. 29
3 Eigenschaften von Böden und Fels .................................................................. 30
3.1 Gesteine als Dreiphasenstoff ............................................................................... 30
3.2 Mineralogische Grundlagen ................................................................................. 32
3.3 Bestimmung von Bodeneigenschaften............................................................... 35
3.3.1 Dichtebestimmung, Wichte .................................................................................. 36
3.3.2 Wassergehalt ............................................................................................................ 38
3.3.3 Korngrößenverteilung ........................................................................................... 39
3.3.4 Zustandsformen und -grenzen............................................................................ 43
3.3.5 Wasseraufnahme ..................................................................................................... 47
3.3.6 Beimengungen ......................................................................................................... 48
3.3.7 Dichte nichtbindiger Böden bei lockerster und dichtester Lagerung;
Lagerungsdichte, Verdichtungsfähigkeit .......................................................... 50
3.4 Klassifizieren von Böden ...................................................................................... 52
3.4.1 Klassifizieren gemäß Vorschriften und Merkblättern ................................... 52
3.4.2 Bodenansprache nach ortsüblichen, geologischen Bezeichnungen ........... 57
3.5 Eigenschaften von Fels .......................................................................................... 59
3.5.1 Klassifikation von Fels ........................................................................................... 59
3.6 Durchlässigkeit und Kapillarität, Filterregeln ................................................. 62
3.6.1 Durchlässigkeit........................................................................................................ 62
3.6.2 Kapillarität................................................................................................................ 65
3.6.3 Filterregeln ............................................................................................................... 65
3.7 Frosteinwirkungen, Frostempfindlichkeit von Böden.................................... 67
3.7.1 Ursachen und das Auftreten von Frosteinwirkungen.................................... 67
3.7.2 Schäden an Bauwerken.......................................................................................... 67

5. 6
3.7.3
3.7.4
3.8
3.8.1
3.8.2
3.8.3
3.8.3.1
3.8.3.2
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.1.7
4.1.8
4.1.9
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.3
Inhalt
Frostkriterien und Frostempfindlichkeit .......................................................... 68
Frostauswirkung auf den Oberbau im Straßenbau ......................................... 68
Bodenverdichtung .................................................................................................. 69
Proctorversuch ........................................................................................................ 70
Dichtebestimmung im Feld .................................................................................. 75
Indirekte Dichtebestimmungsmethoden im Feld ........................................... 78
Sondierungen, genormt ......................................................................................... 79
Dichtebestimmungen, nicht genormt ................................................................ 83
Formänderungs- und Festigkeitseigenschaften............................................ 85
Spannungen und Verformungen......................................................................... 85
Spannungsbegriff.................................................................................................... 85
Vorzeichenregelung am Volumenelement ....................................................... 86
Ebener Spannungszustand ................................................................................... 86
Transformation des Spannungstensors ............................................................ 87
Hauptspannungen .................................................................................................. 88
Mohrsche Darstellung des Spannungszustands .............................................. 89
Mohrsche Darstellung des ebenen Spannungszustands "Polkonstruktion" 90
Porenwasserdruck, totale und effektive Spannung ........................................ 91
Verformungen und Verformungsmoduln......................................................... 91
Zusammendrückbarkeit und Schwellung ......................................................... 95
Einaxiale Konsolidation (Oedometerversuch) ................................................. 96
überkonsolidierte Böden .................................................................................... 101
Zeitsetzung............................................................................................................. 102
Plattendruckversuch ............................................................................................ 111
Scherfestigkeit ....................................................................................................... 114
4.3.1 Messung der Scherfestigkeit im Triaxialgerät ............................................... 118
4.3.2 Messung der Scherfestigkeit mit dem Direkten Schergerät
(Kastenscherversuch) ........................................................................................... 119
4.3.3 Messung der Scherfestigkeit mit dem Einaxialen Druckversuch
(Zylinderdruckversuch) ....................................................................................... 120
4.3.4 Messung der Scherfestigkeit mit der Flügelsonde ........................................ 120
4.3.5 Randbedingungen in den Versuchen zur Bestimmung der Scherfestigkeit 121
4.3.6 Scherversuche und Auswertung........................................................................ 123
4.3.7 Die Scherparameter q1und C............................................................................... 128
4.3.8 Scherverformungen.............................................................................................. 128
4.3.9 Bruchkriterien........................................................................................................ 130
4.3.10 Sensitivität .............................................................................................................. 131
5 Erdbau ..................................................................................................................... 132
5.1 Erdbaugeräte .......................................................................................................... 134
5.2 Auflockerung und Verdichtung ........................................................................ 135
5.3 Besonderheiten bei Dämmen ............................................................................. 136

6. mhrut 7
5.4 Erdbautechnische Aspekte bei Verkehrswegeentwässerung...................... 137
5.5 Abdichtungen im Erdbau .................................................................................... 138
5.6 Anforderungen und Prüfungen ......................................................................... 139
5.6.1 Anforderungen an die Kornverteilung ............................................................ 139
5.6.2 Anforderungen an die Verdichtung im Straßenbau ..................................... 140
5.6.3 Prüfungen im Straßenbau ................................................................................... 143
5.6.4 Verdichtungsprüfung bei Felsschüttungen .................................................... 145
6 Verbesserung und Verfestigung von Böden als Baustoff und Baugrund 146
6.1 Dräns zur Konsolidation..................................................................................... 147
6.2 Verpressen (Injizieren), Vermörteln und Vereisen...................................... 148
6.3 Verbesserung und Verfestigung im Erdbau ................................................... 153
6.4 Verdichten in der Tiefe ....................................................................................... 155
6.5 Verdichten und Verdrängen .............................................................................. 157
6.6 Bodenaustausch .................................................................................................... 159
7 Geokunststoffe ..................................................................................................... 162
7.1 Definitionen ........................................................................................................... 162
7.2 Funktionen ............................................................................................................. 163
7.3 Zielvorstellungen .................................................................................................. 165
7.4 Ausgangsmaterialien und deren Eigenschaften ............................................ 166
7.5 Auswahl und Planung .......................................................................................... 167
7.6 Einsatzbereiche und Funktion........................................................................... 168
7.7 Eigenschaften, Prüfungen und Produktangaben ........................................... 171
8 Geotechnischer Entwurf von Erd- und Grundbauwerken....................... 173
8.1 Altes und neues Sicherheitskonzept................................................................ 174
8.2 Grenzzustände ...................................................................................................... 177
8.3 Lastfälle ................................................................................................................... 177
8.4 Teilsicherheitsbeiwerte ....................................................................................... 179
8.5 Geotechnische Kategorien (GK) ......................................................................... 180
8.6 Beobachtungsmethode ........................................................................................ 180
9 Spannungsberechnungen im Baugrund, Sohlspannungen...................... 181
9.1 Spannungen infolge Bodeneigengewicht und unendlicher Flächenlasten 181
9.2 Spannungen infolge Lasten, allgemeine Hinweise ........................................ 183
9.3 Senkrechte Einzellast ........................................................................................... 185
9.4 Horizontale Einzellast ......................................................................................... 186
9.5 Spannungen infolge Flächenlasten................................................................... 187
9.5.1 Spannungen infolge gleichmäßiger Streifenlast............................................ 191
9.5.2 Gleichmäßige Last unter einem Rechteckfundament .................................. 192
9.5.3 Vertikalspannung unter dem Eckpunkt einer Rechtecklast ....................... 193
9.5.4 Vertikalspannung unter der Kante einer Trapezlast ................................... 195

7. 8
9.5.5
9.5.6
9.6
10
10.1
10.2
10.2.1
10.2.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
11
11.1
11.2
11.2.1
11.2.2
11.2.3
11.2.4
11.2.5
12
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
12.9
12.10
13
l3.1
l3.2
l3.3
l3.4
l3.5
l3.6
Inhalt
Vertikalspannung unter einer gleichmäßig belasteten Kreisplatte .......... 196
Vertikalspannung unter einer ungleichmäßig belasteten Kreisplatte ..... 197
Sohlspannung bei starrem Streifenfundament ............................................. 198
Setzungen und andere Verformungen .......................................................... 199
Indirekte Setzungsberechnung.......................................................................... 201
Setzungsermittlung mit Hilfe geschlossener Formeln ................................ 203
Setzungsberechnung für kennzeichnenden Punkt nach Kany.................. 203
Setzungsberechnung bei außermittiger Last ................................................. 205
Treffsicherheit von Setzungsprognosen ......................................................... 209
Zulässige Setzungen und Setzungsunterschiede .......................................... 210
Konstruktive Setzungsbeeinflussung .............................................................. 211
Zeitlicher Verlauf der Setzungen ...................................................................... 212
Andere Ursachen für Verformungen ............................................................... 214
Grenzzustände der Tragfähigkeit ................................................................... 215
Grundlagen für die Berechnung der Grenztragfähigkeit ............................ 216
Berechnung der Grenztragfähigkeit ................................................................. 219
"Untere Schranke" ("Untere Grenzbedingung") ............................................ 219
"Obere Schranke" ("Obere Grenzbedingung") ............................................... 221
Gleitlinien-Methode (Flächenbruch) ................................................................. 222
Grenzgleichgewichtsmethode (kinematische Methode) .............................. 223
Vergleich der Methoden ...................................................................................... 224
FlächengrÜlldungen ............................................................................................ 227
Begriffe .................................................................................................................... 227
Nachweis der zulässigen Belastung von Flächengriindungen ................... 228
Nachweis bei ausmittiger Last ........................................................................... 228
Gleitsicherheit ....................................................................................................... 231
Grundbruchsicherheit ......................................................................................... 232
Nachweis der Setzungen ..................................................................................... 242
Auftriebssicherheit ............................................................................................... 242
Geländebruchsicherheit ...................................................................................... 243
Nachweis von zulässigen Sohlspannungen mit Tabellen ........................... 243
Betonbemessung ................................................................................................... 246
PfahlgrÜlldungen ................................................................................................. 247
Pfahlarten und Herstellung ................................................................................ 248
Tragwirkung, Tragfähigkeit ............................................................................... 253
Tragfähigkeit von Bohrpfählen ......................................................................... 257
Tragfähigkeit von Rammpfählen ...................................................................... 260
Dimensionierung nach EC 7............................................................................... 261
Konstruktive Gesichtspunkte ............................................................................ 264

8. Inhalt
14
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
15
15.1
15.2
15.3
15.3.1
15.3.2
15.4
15.4.1
15.4.2
15.4.3
15.4.4
15.4.5
15.4.6
15.4.7
15.4.8
15.4.9
15.5
15.5.1
15.5.2
15.6
15.7
15.8
15.8.1
15.8.2
15.8.3
16
16.1
16.2
16.3
16.4
16.4.1
16.4.2
16.5
16.6
16.7
9
Baugruben und Gräben...................................................................................... 265
Gräben nach DIN 4124 ........................................................................................ 267
Regelböschungen nach DIN 4124 ..................................................................... 268
Verbaute Gräben ................................................................................................... 270
Gesicherte Böschungen ....................................................................................... 271
Baugrubenverbauten ............................................................................................ 273
Böschungs- und Geländebruch ........................................................................ 279
Kinematik und Bruchmechanismen ................................................................. 279
Zeitlicher Verlauf von Rutschungen ................................................................ 282
Einwirkungen und Widerstände ........................................................................ 283
Einwirkungen ......................................................................................................... 283
Widerstände ........................................................................................................... 283
Berechnungsverfahren......................................................................................... 284
Sicherheiten, Sicherheitsdefinitionen.............................................................. 284
Lamellenfreie Methode für Gleitkreise ............................................................ 286
Lamellenfreie Methode bei gerader Gleitlinie................................................ 286
Lamellenfreie Methode bei böschungsparalleler Gleitlinie ........................ 288
Bemessungsdiagramm für homogene Böschungen ...................................... 288
Lamellenverfahren mit kreisförmigen Gleitlinien ........................................ 288
Lamellenverfahren für böschungsparallele Gleitlinien ............................... 292
Verfahren für Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien ....................... 293
Variation der Bruchgeometrie ........................................................................... 299
Wasserdrücke und äußere Kräfte ...................................................................... 300
Wasserdrücke......................................................................................................... 300
Äußere Kräfte......................................................................................................... 302
Grenzzustand 2 (Gebrauchstauglichkeit) ....................................................... 306
Empfehlungen für Böschungsneigungen ........................................................ 306
Böschunggssicherungsmethoden ..................................................................... 308
Beispiele von Sicherungsmaßnahmen für Landverkehrswege................... 309
Ingenieurbiologische Bauweisen ....................................................................... 312
Sicherung von Felsböschungen ......................................................................... 313
Erddruck................................................................................................................. 317
Physikalische Ursache.......................................................................................... 317
Erddruck als Funktion der Wandbewegung ................................................... 318
Wandreibung.......................................................................................................... 320
Größe und Verteilung des aktiven und passiven Erddrucks ...................... 322
Flächenbruch nach Rankine ...............................................................................322
Erddruck nach Coulomb...................................................................................... 326
Erdwiderstand bei gekrümmten oder mehreren Gleitflächen ................... 328
Grafische Erddruckermittlung........................................................................... 331
Geschichteter Baugrund ...................................................................................... 333

9. 10 Inhalt
16.8 Ermittlung des Erddrucks für allgemeine Fälle nach DIN 4085;
Erddrucktabellen................................................................................................... 334
16.8.1 Ansatz des Wandreibungswinkels .................................................................... 334
16.8.2 Annahmen für Winkel, Vorzeichenregelung .................................................. 334
16.8.3 Ermittlung der Grenzwerte des Erddrucks (Ea und~) ................................ 335
16.8.4 Erddrucktabellen................................................................................................... 338
16.8.5 Erdruhedruck ......................................................................................................... 339
16.8.6 Gleichmäßige Flächenlast auf ebener Geländeoberfläche .......................... 340
16.9 Erddruck infolge äußerer Vertikalbelastung .................................................. 340
16.10 Räumlicher Erddruck vor schmalen Druckflächen....................................... 341
16.10.1 Räumlicher aktiver Erddruck ............................................................................. 341
16.10.2 Räumlicher passiver Erddruck .......................................................................... 342
16.11 Teilmobilisierter Erdwiderstand ....................................................................... 342
16.12 Zusatz-Erddruck infolge Verdichtung ............................................................. 344
16.13 Erddruck auf Untergeschoßwände ................................................................... 346
16.14 Erddruck infolge sackender Hinterfüllung ..................................................... 347
16.15 Erddruck infolge Hangbewegung ...................................................................... 348
17
17.1
17.2
17.2.1
17.2.2
17.3
17.3.1
17.3.2
17.3.3
17.3.4
17.4
17.4.1
17.4.2
17.4.3
17.4.4
17.5
17.5.1
17.5.2
17.5.3
17.5.4
17.6
Entwurf und Berechnung von Stützbauwerken ......................................... 350
Entwurfshinweise ................................................................................................. 351
Regelwerke und Regeln ....................................................................................... 352
Regeln nach ENV 1991-1 (EC 7) ......................................................................... 352
Nachweis der Grenzzustände ............................................................................ 353
Stützmauern .......................................................................................................... 354
Schwergewichtsmauern....................................................................................... 354
Raumgittermauern ............................................................................................... 355
Bewehrte Bodensysteme...................................................................................... 356
Winkelstützmauern .............................................................................................. 363
Stützwände ............................................................................................................. 365
Einwirkungen aus Erddruck ............................................................................... 367
Stützsysteme und Berechnungsverfahren ...................................................... 376
Aufgelöste Wände ................................................................................................. 377
Verformungen ....................................................................................................... 379
Einfluß von Wasser ............................................................................................... 385
Wasserüberdruck .................................................................................................. 385
Umströmung von Wänden .................................................................................. 385
Hydraulischer Grundbruch................................................................................. 387
Dränanlagen ....:...................................................................................................... 390
Aufbruch der Baugrubensohle ........................................................................... 391

10. Inhalt
18
18.1
18.1.1
18.1.2
18.1.3
18.1.4
18.1.5
18.1.6
18.1.7
18.1.8
18.2
18.3
18.3.1
18.3.2
19
19.1
19.2
19.3
19.4
19.4.1
19.4.2
19.4.3
19.4.4
19.5
19.6
20
20.1
20.1.1
20.1.2
20.1.3
20.1.4
20.1.5
20.2
20.3
20.4
21
21.1
21.2
21.3
11
Verankerungen ..................................................................................................... 393
Verpreßanker ......................................................................................................... 394
Herstellung ............................................................................................................. 396
Ankertypen und Bezeichnungen Druckrohranker........................................ 398
Korrosionsschutz .................................................................................................. 399
Stahl, Stahlzugfestigkeit, Nachweise ................................................................ 401
Kraftübertragung in den Baugrund .................................................................. 402
Prüfungen ............................................................................................................... 405
Nachweise ............................................................................................................... 410
Gegenseitige Beeinflussung, Ankerabstände, Vorspannung ......................410
Ankerwände und Ankerplatten ......................................................................... 412
Länge und Lage von Ankern .............................................................................. 413
Verankerung von Stützwänden ......................................................................... 413
Verankerungen von anderen Bauwerken ........................................................ 415
Wechselwirkung Bauwerk - Baugrund..........................................................417
Modelle für die Wechselwirkung....................................................................... 418
Hinweise zur Gebrauchstauglichkeit ............................................................... 419
Berechnung der Wechselwirkung bei Gründungen ...................................... 422
Bettungsmodulverfahren .................................................................................... 427
Grundfälle ............................................................................................................... 429
Unendlich langer Balken ..................................................................................... 430
Halbunendlich langer Balken .............................................................................432
Tafelwerke und EDV - Anwendung ..................................................................432
Steifemodulverfahren (Halbraumverfahren) .................................................. 433
Einflüsse und Bewertung ....................................................................................438
Entwurf und Berechnung von Gründungen auf Pfählen .........................441
Axial belastete Pfähle ........................................................................................... 442
Konstruktionshinweise........................................................................................ 442
Berechnungsannahmen ....................................................................................... 443
Statische und kinematische Bestimmtheit bei Pfahlrosten ........................444
Statisch unbestimmte Pfahlroste ......................................................................445
Sonderfälle von statisch unbestimmten Pfahlsystemen ............................. 449
Horizontal belastete Pfähle und Pfahlgruppen.............................................. 452
Setzungen und Lastverteilungen bei Pfahlgruppen .....................................454
Pfahl - Platten - Gründungen ............................................................................ 455
Sicherung bestehender Bauwerke .................................................................. 460
Bauausführung bei einfachen Randbedingungen ......................................... 461
Unterfangung mit Verpressungen und dem Düsenstrahlverfahren.........465
Unterfangungen mit Verbauten ........................................................................467

11. 12
21.4
21.5
22
22.1
22.2
22.2.1
22.2.2
22.2.3
22.2.4
22.2.5
22.2.6
22.2.7
22.3
22.4
22.5
22.6
22.7
22.8
22.9
22.10
23
23.1
23.2
23.3
23.4
23.5
23.6
23.7
24
24.1
24.2
24.3
24.4
24.5
24.6
Inhalt
Unterfangung mit Pfählen ..................................................................................468
Unterfahrungen.....................................................................................................469
Bauen im Grundwasser ...................................................................................... 473
Grundwasseraussperrung ................................................................................... 474
Grundwasserabsenkung ...................................................................................... 477
Absenkung durch Einzelfassung, ebener Fall ................................................ 478
Absenkung durch Einzelfassung, axialsymmetrischer Fall ........................ 480
Durchlässigkeit...................................................................................................... 481
Reichweite .............................................................................................................. 484
Brunnenergiebigkeit ............................................................................................. 484
GW-Absenkung durch mehrere Brunnen ........................................................ 485
Konstruktion eines Großbrunnens, Pumpen..................................................487
Grundwasserversickerung .................................................................................. 489
Grundwasserentspannung..................................................................................490
Offene Grundwasserhaltung ..............................................................................491
Wasserhaltung neben einem Gewässer ........................................................... 492
Entwässerung feinkörniger Böden mit Kleinbrunnen und Unterdruck...493
Elektroosmose .......................................................................................................494
Setzungsschäden durch GW-Absenkung......................................................... 495
Trockenhaltung von Bauwerken und Umleitung von Grundwasser.........495
Baugrunddynamik ............................................................................................... 497
Grundlagen............................................................................................................. 498
Wellenausbreinmg im Untergrund ................................................................... 504
Messung von Schwingungen .............................................................................. 508
Erschütterungseinwirkungen auf Menschen und Bauwerke ...................... 510
Dynamische Eigenschaften und Kennwerte von Böden .............................. 511
Dynamische Einwirkungen auf Gründungen ................................................. 517
Erdbebensicheres Bauen ..................................................................................... 518
Anhang.................................................................................................................... 524
Internationale geotechnische Klassifikation: IGC ......................................... 524
Technisches Regelwerk: Normen, Empfehlungen ......................................... 528
Regelwerke für den Erdbau ................................................................................ 533
Bücher, Zeitschriften............................................................................................ 536
Abkürzungen und Symbole ................................................................................ 538
Schichtenverzeichnis nach DIN 4022-1 ........................................................... 547
literatur ................................................................................................................................. 550
Sachverzeichnis ................................................................................................................... 560

12. 1 Allgemeines
Zunächst soll eine kurze Übersicht über das Fachgebiet der Geotechnik gegeben
werden. Da das Bauen in der Öffentlichkeit geschieht, sind Gesetze und Vorschriften,
z.B. das Bürgerliche Gesetzbuch (BGB) und anerkannte Regeln der Technik von
Bauherren, Planem und Bauunternehmern zu beachten. So ist z.B. nach BGB, § 909,
beim Ausheben einer Baugrube darauf zu achten, daß das benachbarte Grundstück
seine erforderliche Stütze nicht verliert. Technische Regeln, wie z.B. die DIN-Normen,
geben an, in welchemUmfang der Baugrund zu erkundenist (DIN4020). Deshalb wird
schon im Abschn. 1.2 kurz auf die anerkannten technischen Regeln und damit
zusammenhängenderechtliche Gesichtspunkteeingegangen, s. dazu auchdieAbschn.
2 und 8.
1.1 Aufgabengebiet der Geotechnik
Die Geotechnik ist ein Aufgabengebiet des Bauingenieurwesens und der Ingenieur-
geologie, das den Boden als Baugrund und Baustoff zum Gegenstand hat, d.h. die
Voraussetzungen für seine bautechnische Nutzung untersucht. Ziel der Geotechnik
ist es, mit Planem, Architekten, Tragwerksplanem und Bauunternehmern standsi-
chere und gebrauchstaugliche Bauwerke zu planen und zu bauen.
Zum Fachgebiet gehören demnach:
• Ingenieurgeologie: Wissenschaft zur Anwendung geologischer Erkenntnisse bei
Bauaufgdben.
Boden- und Felsmechanik: Wissenschaft mit den Zielen
- den Baugrund zu erkunden,
- den Boden zu beschreiben und zu klassifizieren,
- das Festigkeits- und Verformungsverhalten des Locker- und Festgesteines
durch Versuche zu bestimmen und mit diesen Erkenntnissen,
- den Spannungs- und Verformungszustand unter und neben Bauwerken
- gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Grundwassers - dort zu quanti-
fizieren, wo es für bauliche Nutzungen Bedeutung hat.
Erd- und Grundbau (Fels- und Tunnelbau): Wissenschaft und Tätigkeitsfeld mit
den Aufgaben, den Entwurf von Grundbauwerken und geotechnische Rechen-
oder Nachweisverfahren sowie die Anwendung von Bauverfahren und Bau-
elementen, mit deren Hilfe Bauwerke gegründet, Bodenkörper stabilisiert und
Erd- und Grundbauwerke errichtet werden können, zu ermöglichen.

13. 14 1 Allgemeines
Im Anhang, Abschn 24.1, gibt die internationale geotechnische Klassifikation (IGe)
eine umfassende übersicht aller Teilgebiete des Fachgebiets.
Beratende Ingenieure bzw. Ingenieure und Geologen in Behörden befassen sich mit
der Geotechnik auf dem Gebiet der Planung, Berechnung und Prüftätigkeit. Diese
privatwirtschaftlichen und öffentlichen Einrichtungen tragen häufig den Namen
"Baugrundinstitut". Die öffentliche Einrichtungen sind die Institute der Hochschulen,
der Materialprüfungsanstalten, der Bundesanstalten für Wasserbau, für Straßen-
wesen und für Bodenforschung, die Deutsche Forschungsgesellschaft für Boden-
mechanik (Degebo) und der Geologisch~n Landesämter. Die obersten Bauaufsichtsbe-
hörden der Länder führen eine liste der von ihnen "anerkannten Baugrundinstitute",
die keinerlei ausschließende Wirkung hat, sondern als Entscheidungshilfe für die mit
der Prüfung von Bauvorhaben betrauten Beamten und Prüfingenieure dient. Im
Einführungserlaß für die DIN 1054 heißt es hierzu: "Soweit bei der prüfenden Stelle
die zur Beurteilung der Größe der Setzungen und ihrer Auswirkung auf das Bauwerk
sowie der Sicherheit gegen Gleiten, Kippen und Grundbruch erforderliche Sachkunde
nicht vorhanden ist, oder wenn hinsichtlich der verwendeten Annahmen oder der
Berechnung zugrundegelegten bodenmechanischen Kenngrößen Zweifel bestehen,
sind von der prüfenden Stelle geeignete Institute für Erd- und Grundbau einzuschal-
ten."
Auf Seite der Baufirmen werden ebenfalls geotechnisch ausgebildete Ingenieure
gebraucht, erhält dochjedes Einfamilienhaus eine Gründungund ggf. eine Dränanlage
zur Trockenhaltung des Untergeschosses. Für größere Grund- und Erdbauwerke, wie
z.B. Baugrubenverbauten, Pfahlgründungen, Verkehrs- oder Staudämme, sind in
erster linie Grundbauingenieure für Planungs- und Ausführungsaufgaben in Spezial-
tiefbaufirmen oder in Erdbauunternehmen tätig. Die Erkundung und Sanierung von
Altlasten sowie der Deponiebau gehören heute ebenfalls zum Aufgabengebiet der
Geotechnik.
1.2 Technisches Regelwerk
Im Anhang, Absehn. 24.2, ist das Normenwerk auf dem Gebiet der Geotechnik
aufgeführt. Im Anhang, Abschn. 24.3, sind Regelwerke und Merkblätter für den Erd-
und Straßenbau genannt.
"Anerkannte Regeln der Technik"
Bei Entwurf und Ausführung eines Gründungsbauwerks sind die einschlägigen
"Anerkannten Regeln der Bautechnik" zu beachten! Die Formulierung des Begriffs
geht nach Schild (1990) ursprünglich auf ein Reichsgerichtsurteil zurück und sie ist
durchmehrere nachfolgende Gerichtsurteile als juristischer Begriff klar gefaßt worden.

14. 1.2 Technisches Regelwerk
Eine anerkannte Regel der Bautechnik ist eine Regel, die
• eine richtige Lösung für die Planung und Ausführung einer bautechnischen
Aufgabe beschreibt,
15
• dem jeweiligen neuesten Entwicklungsstand der Bautechnik entspricht und vor
allem
allgemein als richtig anerkannt wird.
Dies bedeutet, die Regel muß
• theoretisch richtig, d.h. von der Bauwissenschaft überprüft und anerkannt sein
und darüber hinaus
sich in der Baupraxis bewährt haben.
Daraus folgt: die bloße Anwendung einer bestimmten Ausführungsart ohne gesicher-
te wissenschaftliche Begründung genügt ebensowenig wie ihre wissenschaftliche
Anerkennung ohne Bewährung in der Praxis.
Der Begriff der Anerkannten Regel der Technik findet sich zum Beispiel bei der
Definition einer mangelhaften Leistung in der VOB, Teil B, § 13 wieder, und es ist
indirekt auch in § 633, BGB darauf Bezug genommen.
Anerkannte bautechnische Regeln können sein:
a) ungeschriebene Regeln aus der Erfahrung des Bauschaffens, soweit sie in der
Baupraxis allgemein bekannt sind und angewendet werden;
b) Unfallverhütungsvorschriften der Träger der gesetzlichen Unfallversicherung;
c) technische Vorschriften von Behörden, wie des Bundesverkehrsministeriums;
d) technische Richtlinien sachverständiger privater Gremien, wie z.B. des Deutschen
Normenausschusses, der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V., der Hafen-
bautechnischen Gesellschaft oder dem EuropäischenKomitee für Normung (CEN).
Privatrechtliche Regeln nach d) können durch ministeriellen Ländererlaß auf Grund
der Bauordnungen (s. § 3.3 der Musterbauordnung ) öffentlich eingeführt (Ein-
führungserlaß) und damit zu öffentlich rechtlichen Regeln nach c) gemacht werden.
Verbindlichkeit von Baunormen
Baunormen sind keine Gesetze. Man kann in Sonderfällen von ihnen abweichen, z.B.
um neue technische Lösungen einzuführen. In solchen Fällen muß aber für jedes
Bauwerk der Nachweis - z.B. durch Gutachten anerkannter Wissenschaftler - gegen-
über den obersten Bauaufsichtsbehörden geführt werden, daß die vorgeschlagene
Lösung ebenfalls die Sicherheitsanforderungen erfüllt.

15. 2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht
Boden und Fels sind in der Regel durch geologische Vorgänge entstandene Stoffe.
Diese natürlichen Materialien (geogen) haben oft sehr komplexe Zusammensetzun-
gen und Eigenschaften. Sie sind unter der Erdoberfläche und so einer unmittelbaren
Erkundung und Bewertung nicht zugänglich. Zunehmend sind Boden und Grundwas-
ser durch menschliche (antropogene) Eingriffe belastet. Es ist heute notwendig, diese
sogenannten "Altlasten" zu erkunden und zu beseitigen.
Der Aufbau und die Eigenschaften des Baugrundes und der Grundwasserverhältnisse
können wirtschaftlich nur stichprobenartig erkundet werden. Ziel der Erkundung ist
es, ein plausibles und überprüfbares, räumliches Baugrundmodell zu erarbeiten und
der Planung und Bauausführung zugrunde zu legen. Die Bilder 2.1 bis 2.4 zeigen
Ausschnitte aus der Erkundung für den Umbau von Bau 3 der Fachhochschule
Stuttgart aus den Jahren 1988 und 1989.
Es verbleibt selbst bei sorgfältiger Erkundung ein, wenn auch geringes Risiko, das
sogenannte "Baugrundrisiko". Nach DIN 4020, Abs. 2, ist es Aufgabe der geo-
technischen Untersuchung, das Baugrundrisiko im Hinblick auf ein Projekt einzu-
grenzen. Verbleibende Risiken sollten in Hinblick auf die bautechnischen und
finanziellen Folgen diskutiert und minimiert werden.
Der Begriff "Baugrundrisiko" oder "Risiko für die Boden- und Wasserverhältnisse" ist
in keinem Gesetz oder der VOB definiert, sondern hat sich in Rechtssprechung und
Lehre herausgebildet. Der Begriff Baugrundrisiko beinhaltet sowohl das Wagnis, daß
beim Eingriff in das Gefüge der Erdoberfläche die angetroffenen Wasser- und
Bodenverhältnisse nicht mit den beschriebenen übereinstimmen und die Gefahr, daß
sich Mängel am Bauwerk zeigen, Preisänderungen und Bauzeitenverlängerungen
eintreten oder das Bauvorhaben nicht aus- oder weitergeführt werden kann.
Die Rechtssprechung weist dem Bauherrn das Baugrundrisiko zu. Das ergibt sich aus
verschiedenen Abschnitten der VOB (z.B. Teil A, § 9 Nr. 2 und Nr. 3, Abs.3) sowie den
Bestimmungen des BGB (§ 644 und 645), nach denen der Lieferant des Baustoffs für
den von ihm gelieferten Stoff das Risiko trägt. Der Baugrund ist vom Bauherrn
bereitgestellter Baustoff. Ausnahmen vom Grundsatz "der Bauherr trägt das Bau-
grundrisiko" können durch vertragliche Vereinbarungen im Einzelfall gemacht
werden. Fachjuristen des Bauvertragsrechts, s. z.B. vygen und febe (1981) und
Englert und Bauer (1986) warnen jedoch vor solchen Vereinbarungen, da sie die
Gefahr von Rechtsstreitigkeiten erheblich vergrößern. Zudem besteht für den Bau-
herrn die Gefahr, daß ein Gericht der Meinung ist, die Lauterkeit des Rechtsverkehrs
sei nicht mehr gewahrt, da die Überwälzung des Baugrundrisikos als unzumutbare
Belastung eingestuft wird, und somit fällt dann das ursprünglich übertragene Risiko
auf den Auftraggeber zurück.

16. 2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht
Bild 2.1
Lageplan mit Lage und NN-Höhen
der Erkundungspunkte soWie den
geologischen Schnittführungen
s
()
•
17
Kernbohrungen 0140 rnm, 1988
Kernbohrungen 060-90 rnm, 1988
Kernbohrungen, 1970

17. 18
TK 25:7221 Stuttgart-SO
R:::e 35 12 750/ H:::e 5404750
genaue Lage s. Lageplan
Ansatzhöhe: 254.37 m über NN
Rammkernbohrung'" 140 mm bis 13,0 m,
Verrohrung'" 220 mm bis 13,Om.
BK 1
0.00 w [%]
0.40
: I
-----
I
1.60
I)
-----
2.40
2.80
-----
4.00
- 41.7
4.30
-
~1J~~
35.1
5.10 - - ...
5.30 --
~
~
~
~
23.6
23.0
22.0
15.3
2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht
Gebohrt von:
am:
aufgenommen:
File:
Ausdruck am:
Fa. Terrasond, Günzburg
07.12.88
Dip.-Geol. Dr. G. Wolff/BSP
8885-l.bpr
22.02.1989 15.54 Uhr
G, x ( l
uschclkalkschouer), grau; oben Teerdecke.
unten X; Ca: ++
V,t,s,g (Ziegel, Sst, V+Tst), braun;
bis 0,9 m steif·halbfest, bis 1,2 m steif,
bis 1,6 m weich'steif, mit Kohleresten; Ca: ++
G,u,s (Schllfsst.), graugrün, unten x, mit V,t'lagen
lJ,t-t,s,g"g (Ziegel), gelb braun, braun, rostfleckig, steif;
Ca:++
V/S, g, x'(Ziegel, Sst), graubraun mit G,x'lagen; Ca: ++
V, t, S, g' (Sst, Ziegel), braun, weich; Ca: ++
V, I, rötlich dunkelgraubraun;
bis 4,9 m weich·steif, bis 5,0 m steif, bis 5,1 m
weich; Mn·fleckig; Ca: 0
V,t,s, h', graubraun, weich; Ca: 0
V, 1,5, g (SSI., Vlfst), (violeu·)braun, steif,
"Kornkontakt"; Ca: 0
U, t. 5', g' dunkelbraun; von 6,0 m bis 6,2 m weich·steif,
von 6,2 m bis 6,9 m steif; Ca: 0
V, I, fs' braun; bis 7,1 m steif, bis 7,8 m weich; stark
rost· und Mn·fleckig; Ca: 0
U, t, fs' hellbraun; von 7,8 m bis 9,4 m weich·steif, von
9,4 m bis 9,7 m weich; ab 9,0 m zunehmend; verein·
zelt kleine Schneckenschalen; Ca: +
V, t, S, g (Sst., Uffst), (violett·)braun, weich, "Korn·
kontakt"; Ca: 0
254.37 mNN
AuftOlung
4.30
250.07
mNN
Sumpfton
3.50
246.57
mNN
Auelehm
1.90
" •
." j
FUeßerde
243.87
V+Tst, sehr mürbe, bis 10,9 m braunviolett. bis ll,S m mNN
graugrün, bis12,2 m grauviolen;
bis 11 ,5 m vereinzelt dünne karminrote und rostige
GAR, bis 12,2 m zahlreiche dünne beige GAR; Ca: +
V+Tst, mürbe bis mürbe·hart, graugrün; Ca: ++
241.37 mNN
Bild 2.2: Bohrprofil der Kernbohrung BKi, Darstellung und Bezeichnung gemäßDIN 4023,s. Abschn 3.4
Anmerkung: ebenanteile bei gemischten Bod
enarten sind zeichnerisch nicht dargestcl.lt
Ca: + bzw. ++ bedeutet kalkhaltig bzw. stark kalkhaltig
w (%1: Wassergehalt der Bodenproben

18. 2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht 19
Südost
BI
255,50
Bild 2.3
BKR 1
Geologischer Ge.ländeschnitt
Südost- ordwest-Schnitt A
parallel Kienestraße
Bau 3
BK 1
Anmerkung:
ordwest
BKR 3
254,91
icht auf der Schnittlinie befindliche. Bohrungen wurden in die Linie,
s. Grundriß Bild 2.1, projezlert. <Darstellung Sfach überhöht)

19. 20
Südwest
Bild 2.4
BKR3
254,91
Geologischer Geländeschnitt
Südwest-Nordost-Schnitt B
2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht
parallel Scbellingstraße ordost
Bau 3
,
,I
BK 1
9,7
Anmerkung:
Nicht auf der Schnittlinie befindliche Bohrungen wurden in die Linie,
s. Grundriß Bild 2.1, projeziert. (Darstellung 5fach überhöht)

20. 2.1 Definitionen für Boden, Fels und Grundwasser 21
Neben den juristischenArgumentengibt es aber eine ganze Reihe technischer Gründe,
die eine Überwälzung des Baugrundrisikos auf den Auftragnehmer verbieten:
Der Bauherr benötigt Daten über den Baugrund bereits in der Planungsphase,
also schon weit vor der Ausschreibung.
Wenn ein Bauwerk ausgeschrieben wird und der Auftragnehmer soll das Bau-
grundrisiko übernehmen, muß jeder Anbieter eine Baugrunduntersuchung
vornehmen und ein Baugrundgutachten erstellen lassen. Das führt zu unnötigen
Vielfachuntersuchungen.
Das Baugrundrisiko wird von den verschiedenen Anbietern unterschiedlich
eingeschätzt und der Bauherr erhält nur schwer vergleichbare Angebote.
Abweichend davon sind bei Sondervorschlägen häufig ergänzende Baugrunder-
kundungen erforderlich. Will z.B. der Unternehmer bei einer Brückenausschreibung
im Rahmen eines Sondervorschlags einen Pfeiler zusätzlich einführen, so trägt er
nach der allgemeinen Rechtsauffassung bei Erschwernissen im Rahmen der Grün-
dung dieses Pfeilers das alleinige Risiko. Hier sollte dem Unternehmer die Pflicht
einer ergänzenden Baugrunduntersuchung für seinen Sondervorschlag auferlegt
werden. FaUs dies nicht geschieht, sollte der Unternehmer von sich aus diese
Untersuchung vornehmen.
Die Tatsache, daß i. allg. der Bauherr das Baugrundrisiko trägt, entbindet die anderen
am Bau Beteiligten (Planer, Sonderfachleute, Bauunternehmer) nicht von ihrer Ver-
pflichtung, die geplante Ausführung zu überprüfen und Bedenken schriftlich, ver-
ständlich und fachlich richtig dem Auftraggeber mitzuteilen.
Der Zeitpunkt der Erkundung sollte so früh wie möglich, am besten schon vor dem
Grundstückskauf oder schon bei der Erschließung eines Baugebietes erfolgen. Die
Kosten der Erkundung trägt i. allg. der Bauherr, nicht der Planer. Zum Umfang der
Erkundungen siehe Abschn. 2.3.
2.1 Definitionen für Boden, Fels und Grundwasser
a) Boden: Verwitterungsschicht, in der die Festigkeitseigenschaften nicht durch
mineralische Bindung der Bestandteile bestimmt werden. Der Boden wird auch als
Lockergestein bezeichnet.
b) Fels: Oberflächennahe Zone, in der die Festigkeitseigenschaften durch minera-
lische Bindung der Teilchen, sowie durch ein System von Trennflächen bestimmt
werden. Fels wird auch als Festgestein bezeichnet.
c) Baugrund: Bereich, in dem Bauwerke gegründet oder der durch Baumaßnahmen
beeinflußt wird.

21. 22 2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht
d) Baustoff: Boden oder Fels, der zur Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen
verwendet wird.
e) Grundwasser: das im Untergrund frei bewegliche, der Schwerkraft unterliegende,
den Poren- oder Hohlraum (z.B. Klüfte) füllende Wasser. Es wird durch versickern-
de Niederschläge gespeist und fließt aufgrund natürlich vorhandener Gradienten
Vorflutern (Bächen, Flüssen und Seen) zu.
f) Erkundung von Boden und Fels sowie der Grundwasserverhältnisse: Erkundung
des Untergrundbereichs, in dem Auswirkungen durch die Baumaßnahmen zu
erwarten sind oder der das Bauwerk beeinflußt.
Aufgaben der Baugrunduntersuchungen sind:
die Erkundung der Mächtigkeit der Baugrundschichten,
die maßgebenden Baugrundeigenschaften und die erforderlichen Kenngrößen
zu beschreiben oder durch Versuche zu ermitteln,
Erkundung der Gewinnungsmöglichkeiten.
Aufgabe der Erkundung der Grundwasserverhältnisse ist folgendes festzustellen:
Tiefenlage des Grundwasserspiegels,
Anzahl der Grundwasserstockwerke,
extreme Wasserstände,
Durchlässigkeit des Baugrunds,
chemische Zusammensetzung des Grundwassers.
2.2 Pflicht zur Baugrunderkundung
Folgende Vertrags- und Regelwerke weisen auf die Pflicht der Baugrunderkundung hin.
VOB, Teil A, § 9, Ziffer 3, Abs. 3:
Die Boden- und Wasserverhältnisse sind (durch den Planer) so zubeschreiben, daß der
Bewerber (Bauunternehmer) den Baugrund und seine Tragfähigkeit, die Grundwas-
serverhältnisse und die Einflüsse benachbarter Gewässer auf das Bauwerk und die
Bauausführung hinreichend beurteilen kann. Danach liegt das Baugrundrisiko grund-
sätzlich beim Bauherrn.
DIN 1054-100: Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau
Nachfolgend wird Abschnitt 3.1, 3.3 und 3.4 der Norm zitiert:
,,3.1 Allgemeine Anforderungen: Für jede Bauaufgabe müssen Schichtgrenzen,
Einschlüsse und Kennwerte von Boden und Fels sowie die Grundwasserverhältnisse
ausreichend bekannt sein. Hierzu müssen geotechnische Untersuchungen durchge-
führt werden.

22. 2.2 Pflicht zur Baugrunderkundung 23
Der Entwurfsverfasser hat geotechnische Untersuchungen für den Entwurf zu veran-
lassen und erforderlichenfalls die Einschaltung eines geotechnischen Sachverständi-
gen vorzuschlagen. Wenn sich in der Planungs- und Ausführungsphase die Notwen-
digkeit ergänzendergeotechnischer Untersuchungen ergibt, sind diese vomEntwurfs-
verfasser vorzuschlagen. Näheres regelt DIN 4020."
,,3.3 Planung: Für die Planung der geotechnischen Untersuchung ist von den Fragen
auszugehen, die nach Art des Bauwerks und je nach den in Betracht kommenden
Gründungsverfahren zu erwarten sind. Die geologischen Gegebenheiten sind hierbei
zu berücksichtigen. Die Untersuchung wird den gewonnenen Kenntnissen und der
fortschreitenden Tragwerksplanung laufend angepaßt."
Anmerkung: Tragwerksplanung sollte durch Bauwerksplanung ersetzt werden.
,,3.4 Art und Umfang der geotechnischen Untersuchungen: Die geotechnische
Untersuchung soll alle für die jeweilige Baumaßnahme und die davon betroffene
Umgebung maßgebenden Einwirkungen, Baugrund- und Grundwassereigenschaften
beschreiben und die erforderlichen Bodenkenngrößen liefern und überprüfen.
Spätestens zum Zeitpunkt der Ausschreibung der Bauleistung müssen die bis dahin
vorhandenen Untersuchungsergebnisse für eine zuverlässige Planung der Baulei-
stungen ausreichen. Gegebenenfalls ist eine zeitliche Aufteilung der Untersuchungen
inAbhängigkeit vomBaugrundrisiko zweckmäßig, s.DIN4020. Auf die Beobachtungs-
methode sei hingewiesen (Abschnitt 1.6)."
DIN 4020: Geotechnische Untersuchungen für geotechnische Zwecke
Diese Norm gibt detaillierte Anforderungen für die Planung, Ausführung undAuswer-
tung von geotechnischen Untersuchungen und soll sicherstellen, daß Aufbau und
Eigenschaften des Baugrunds bzw. eines als Baustoff zu verwendenden Bodens oder
Fels bereits für den Entwurf bekannt sind. Sie soll damit beitragen, die Unsicherheiten
bezüglich des Baugrunds zu verringern, Bauschäden vorzubeugen und eine mög-
lichst wirtschaftliche Lösung zu erreichen. Außerdem wird auf die in Abschn. 3 und
4 behandelten Eigenschaften des Bodens und die damit notwendigen Labor- und
Feldversuche eingegangen.

23. 24 2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht
2.3 Methoden der Baugrunderkundung, Umfang
Die Baugrunderkundungist das BeschaffenvonInformationenüber denBaugrund, z.B.:
• aus vorhandenen Unterlagen (geologische, hydrologische Karten, Gutachten von
benachbarten Bauwerken);
durch Ortsbegehungen und Besichtigungen von benachbarten Bauwerken und von
in der Nähe liegender Gewinnungsstätten von Gesteinen (z.B. Ton- und Sandgruben
bzw. Steinbrüche);
und aus Baugrundaufschlüssen, s. Bild 2.5.
Wir unterscheiden direkte Baugrundaufschlüsse, bei denen eine Besichtigung von
Bodenund Fels, die Entnahme von Proben sowie die Durchführung von Feldversuchen
möglich sind. Das sind i. allg. Schürfe und Bohrungen. Je nach Boden- und Felsart
sowie nach Grundwasserverhältnissen werden unterschiedliche Bohrverfahren ein-
gesetzt, s. DIN4021. Indirekte Aufschlüsse sind Sondierungen und geophysikalische
Verfahren, bei denen durch Korrelation zwischen physikalischen Meßgrößen und
geomechanischen bzw. hydrologischen Kenngrößen Rückschlüsse auf den Baugrund
und das Grundwasser möglich sind. Zur Erkennung mit seismischen Verfahren, s.
Abschn. 23.5. Zur Erkundung des Grundwassers, besonders seiner Durchlässigkeit, s.
Abschn.22.
Bild 2.5
Aufschlußverfahren
Umfang
r--iAufschlußverfahren b
direkte Verfahren I indirekte Verfahren I
I I
• Kartierung freier · Luftbildaufnahmen
Oberflächen • Sondierungen (Ramm-,
• Schürfe Druck-, Flügelsondierungen)
· Bohrungen • Geophysikalische Verfahren
· Untersuchungsstollen (Seismische, geoelektrische,
• Untersuchungsschächte radiometrische, magnetische
Verfahren)
DIN 4020 beschreibt die allgemeinen Anforderungen sowie Art, Umfang und Verfah-
ren der geotechnischen Untersuchungen. Es wird unterschieden nach "Geotechni-
sehenKategorien: GK 1-3", s. Abschn. 8. Bei schwierigenBauwerkenund Baugrundver-
hältnissen der GK 2 und 3 sind direkte Aufschlüsse erforderlich. Die Abstände und
Tiefen direkter Aufschlüsse sind von Fall zu Fall nach den geologischen Gegebenhei-
ten, den Bauwerksabmessungen und denbautechnischen Fragestellungen zu wählen,
sieheDIN4020, Abschn. 6. Für die Abstände bzw. für die Anzahl direkter Aufschlüsse
können folgende Richtwerte gelten:

24. 2.3 Methoden der Baugrunderkundung, Umfang
Tabelle 2.1 Abstände direkter Aufschlüsse
Rasterabstand:
Rasterabstand:
bei Hoch- und Industriebauten
bei großflächigen Bauwerken
25
Abstand:
20 bis 40m
<60m
50-200m bei Linienbauwerken (Verkehrswege, Leitungen,
Tunnel, Deiche)
je Fundament: 2 bis 4 bei Sonderbauwerken (Brücken, Schornsteine)
Mit den Erkundungstiefen za müssen alle Schichten, die durch das Bauwerk bean-
sprucht werden, erfaßt werden. Bei Staudämmen, Wehren und für Baugruben im Grund-
wasser sowie bei Fragen der Wasserhaltung ist die Aufschlußtiefe außerdem auf die
hydrogeologischenVerhältnisse abzustimmen. AnBöschungenund Geländesprüngen
ist die Aufschlußtiefe in Hinblick auf die Lage möglicher Gleitflächen zu wählen.
Im Regelfall sind für Hoch- und Ingenieurbauten Aufschlußtiefen unter Bauwerks-
oder Bauteilunterkanten von za ~ 6m erforderlich, s. Bild 2.6. Bei Plattengründungen
und bei Bauwerken mit mehreren Gründungskörpern, deren Einfluß sich in tieferen
Schichten überlagert, sollte za > 3·bB sein, wobei bB das kleinere Maß des Bauwerks-
grundrisses ist. Bei Pfahlgründungen sind die Erkundungstiefen nach Bild 2.7 zu
wählen. Für andere Ingenieurbauwerke s. DIN 4020, Abschn. 6.2.4.4.
~
!
I
,
b I
,
I
z.
,
I
,
I
I
~
Bei Fundamenten:
z. ~ 3,0 · b. und z. ~ 6,Om
bF ist das kleinere Fundamentmaß
Bei Plattengründungen:
z, ~ 1,5 ·b.
bB ist das kleinere Bauwerksmaß
Bild 2.6
Erkundungstiefen bei Flächengründungen
von Hoch- und Ingenieurbauten
I -,- -,- -, - I
! ! I
I I
, ,
I I
, ,
I I
, ,
I I
, ,
I I
t t ~
Za
-~ r-
dF .•••• Pfahlfußdurchmesser
z. ~ 1,0 · b
G
lO,Om ~ z. ~ 4,Om
z. ~ 3,0 ·dF
Bild 2.7
Erkundungstiefen b ei
PfahlgTÜndungen
b

25. 26 2 Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht
2.4 Labor- und Feldversuche
An entnommenen Proben oder in direkten Aufschlüssen wird eine "Boden- bzw.
Feldansprache" vorgenommen. Die Gesteine werden visuell und manuell klassifi-
ziert. Die Benennung und Beschreibung erfolgt nach DIN 4022, s. Abschn. 3.4.1.
Geologische Besonderheiten, wie zum Beispiel Störungen und das Trennflächen-
gefüge von Fels können ebenfalls erkannt und beschrieben werden. Bei Bohrungen
und anderen Aufschlüssen, z.B. bei Schürfen, ist ein Schichtenverzeichnis gemäß
DIN 4022 zu führen, s. Beispiel in Anhang, Absehn. 24.5. Danach wird ggf. mit
Versuchen diese Bezeichnung und Klassifikation überprüft. Außerdem werden Ver-
suche zur Bestimmung der Bodeneigenschaften, zum Verformungsverhalten und zur
Bestimmung der Festigkeit durchgeführt, s. Abschn. 3 und 4. Für die Bestimmung
bestimmter Bodeneigenschaften mit Laborversuchen werden nach DIN 4021, Tab. 4
Bodenproben unterschiedlicher Güte benötigt. Die Güteklasse 1 setzt z.B. eine
nahezu ungestörte Probenqualität voraus.
2.5 Geotechnischer Bericht - Baugrund- und Gründungsgutachten -
Die Erkundungsergebnisse, das Baugrundmodell, die Versuchsergebnisse und die geo-
technischen Folgerungen werden in einem Geotechnischen Bericht zusammengefaßt.
Ein Geotechnischer Bericht sollte folgende Teile enthalten:
Anlaß, Aufgabe, Daten der Baumaßnahme;
Aufstellung aller verwendeten Unterlagen;
Darlegung der Art und des Umfangs der Erkundungen;
Baugrundmodell: Baugrundbeschreibung mit Schichtenverlauf und mit Aussa-
gen zum Grundwasser;
Geotechnische Baugrundbewertung: bodenmechanische Labor- und Feldversuche,
abgeleitete charakteristische Kennwerte;
Bautechnische Folgerungen: Gründung, Baugrube, usw.;
Anlagen mit Versuchsprotokollen und Berechnungen.
Weiteres s. DIN 4020 sowie Smoltczyk (1990).

26. 2.6 Kennwerte für Boden und Fels 27
2.6 Kennwerte für Boden und Fels
Die Versuche zur Ermittlung von Bodenkennwerten zur Klassifizierung, zur Bestim-
mung der Verdichtbarkeit, des Verformungsverhaltens sowie der Festigkeit des
Bodens sind in Abschn. 3 und 4 beschrieben. Auch sind häufig typische Kennwerte
dort aufgeführt. Die Durchführung ausgiebiger Versuchsreihen lohnt sich in der
Regel, werden doch die speziellen Eigenschaften des Bodens bzw. des Fels im Bereich
des Baugrundstücks genau erkundet. Versuche und Bestimmungen der Eigenschaf-
ten von Fels werden hier nicht beschrieben. Es wird auf die entsprechende Fachlite-
ratur sowie auf die Merkblätter der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik verwiesen.
Bei kleineren und mittleren Bauvorhaben wird dagegen aus Zeit- und Kostengründen
besonders auf Dichtebestimmungen, Verformungs- und Scherversuche für Boden und
Fels verzichtet. Häufig sind auch für große Bauvorhaben Vorentwürfe und Berechnun-
gen aufzustellen, ohne daß schon bodenmechanische Versuchsergebnisse vorliegen.
In diesen Fällen können für Böden dann für erdstatische Berechnungen charakteristi-
sche Werte (Bodenkennwerte) der DIN 1055, Teil 2, DIN 1054-100 oder der EAU, s.
Abschn. 24.4 und Tabelle 2.2, die den bekannten Klassifizierungsmerkmalen (Korn-
verteilung, Lagerungsdichte, Konsistenz) zugeordnet sind, benutzt werden.
Anmerkung:
Die in DIN 1055 genannten Kennwerte haben als Rechenwerte den Vorsatz "cal". Diese Werte wurden in
etwa als charakteristische Werte in DIN 1054-100 übernommen.

27. Bodenart
Wichte
Endfestigkeit
Anfangsfestigkeit
1)
Steifemodu1
2
)
des
feuchten
des
Bodens
Innerer
Kohäsion
Kohäsion
des
Ull-
Bodens
unter
Auftrieb
Reibungswinkel
dränierten
Bodens
r
[kN/m
3
)
r'
[kN/m
3
)
rp'
r)
c'
[kN/m
2
)
CU
[kN/m
2
)
Nichtbindige
Böden
Sand,
locker,
rund
18
10
30
Sand,
locker,
eckig
18
10
32,5
Sand,
mitteldicht,
rund
19
11
32,5
Sand,
mitteldicht,
eckig
19
11
35
Kies
ohne
Sand
16
10
37,5
Naturschotter,
scharfkantig
18
11
40
Sand,
dicht,
eckig
19
11
37,5
Bindige
Böden
(Erfahrungswerte
aus
dem
norddeutschen
Raum
für
ungestörte
Proben)
Ton,
halbfest
19
9
25
25
Ton,
schwer
knetbar,
steif
18
8
20
20
Ton,
leicht
knetbar,
weich
17
7
17,5
10
Geschiebemergel,
fest
22
12
30
25
Lehm,
halbfest
21
11
27,5
10
Lehm,
weich
19
9
27,5
Schluff
18
8
27,5
Klei,
org.,
tonarm,
weich
17
7
20
10
Klei,
org.,
tonreich,
weich,
Darg
(Tonart)
14
4
15
15
Tod
11
1
15
5
Torf
unter
mäßiger
Vorbelastung
13
3
15
10
1)
Cu
•..
Wert
der
Scherfestigkeit
aus
unentwässerten
Versuchen
bei
wassergesättigten
bindigen
Böden;
der
zugehörige
innere
Reibungswinkel
ist
mit
ca!
(J'u
=
0
anzunehmen.
2)
spannungsabhängig
!
Tabelle
2.2
50-100
25-50
10-25
200-700
50-100
10-25
10-50
10-25
10-20
Es
[MN/m
2
)
20-50
40-80
50-100
80-150
100-200
150-300
150-250
5-10
2,5-5
1-2,5
30-100
30-100
2-5
3-10
2-5
0,5-3
0,4-1
0,8-2
charakteristische
Bodenkennwerte
nach
EAU
I~
N
co
t
Pi
IC'l
'"
S
'"
,..,
[
'"
8-
Pi
co
'"
~

28. 2.7 Zusammenfassung 29
2.7 Zusammenfassung
Eine zusammenfassende Übersicht über die Methoden der Baugrunderkundung bis
hin zur Erstellung des Geotechnischen Berichts gibt Bild 2.8.
Allgemeine Informationen (Geologische Karten...)
Geophysikalische Verfahren (indirekte Verfahren)
direkte und indirekte Verfahren
Schichtenverzeichnis nach DIN 4022
Ansprache durch Geologen u. Baugrundingenieur
Probenentnahme
Geomechanische Versuche
Klassifikation Festigkeits- und Chemische Untersuchungen
'-----' Verformungsverh. für Böden, Fels, Grundwasser
Geotecbnischer Bericht mit:
Bohrprofilen, Baugrundmodell,
Kennwerten, Bautechnischen Folgerungen
I
Bild 2.8
Planung, erdstatische und statische
Methoden der Berechnungen (Bauherr, Planer,
Baugrunderkundung Tragwerksplaner, Bauunternehmer)

29. 3 Eigenschaften von Böden und Fels
Böden und Fels müssen in ihrem mechanischen Verhalten eindeutig beschrieben und
klassifiziert werden können. Dafür stehen neben der visuellen und manuellen
Ansprache vor Ort oder von Proben signifikante Indexversuche zur Verfügung, die
nachfolgend beschrieben werden.
Für viele Bauaufgaben sind die Durchlässigkeit, die Kapillarität und die Filterregeln
von Wichtigkeit. Frosteinwirkungen und ihre Folgen haben für den Erd- und Straßen-
bau eine Bedeutung, so daß auch darauf eingegangen wird. Die Bodenverdichtung
wird am Schluß dieses Hauptabschnitts behandelt. Die Formänderung und die
Festigkeit von Böden sind ein eigenständiges Thema im Abschn. 4.
3.1 Gesteine als Dreiphasenstoff
Der Baugrund ist aus Gesteinen aufgebaut. Jedes Gestein besteht aus Mineralen,
zwischen denen sich Hohlräume unterschiedlichster Form und Größe befinden. Der
Felsverband (Festgestein) weist darüber hinaus Schichtungen und Klüfte, also ein
Trennflächengefüge auf.
Böden (Lockergesteine) entstehen durch physikalische und chemische, in geringem
Maße auch durch biologische Verwitterung von Festgesteinen, Transport und an-
schließender Sedimentation. Die Hohlräume der Fest-und Lockergesteine können mit
Luft, Luft und Wasser oder Wasser allein gefüllt sein. Gesteine müssen deshalb
meistens als Dreiphasensystem betrachtet werden.
Aufgabe der Bodenmechanik ist es, die Anteile zu quantifizieren und deren Wirkung
in bautechnischer Hinsicht zu beschreiben.
Die feste Phase der Gesteine sind die Minerale, die sich in unterschiedlichen
Strukturen ausbilden. Von der Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit hängen
die Strukturbildung und die bodenmechanischen Eigenschaften ab. Die Körner der
Sande und Kiese sind durch physikalische Verwitterung (Zertrümmerung) der Gestei-
ne entstanden. Sie haben eine gedrungene Gestalt und sind mit bloßem Auge
erkennbar. Die Teile feinkörniger Böden (Tone und Schluffe) entstandenüberwiegend
durch Verwitterung des Minerals Feldspat; sie haben meist eine plättchen- oder
stabförmige Gestalt und ihre Größen sind mit dem bloßem Auge nicht mehr
erkennbar. Sande und Kiese verändern sich durch Wasser und im Wasser kaum in
ihren bodenmechanischen Eigenschaften. Die Tonteilchen eines bindigen Bodens

30. 3.1 Gesteine als Dreiphasenstoff
quellen z.B. durch Wasserzugabe oder
schrumpfen bei Wasserentzug und verän-
dern sich in ihrem bodenmechanischen
Verhalten in sehr starkem Maße.
Die gasförmige Komponente, die Porenluft,
interessiert nur in ihrer Beziehung zum
Porenwasser. Die Hohlräume von Böden
(Lockergesteinen) bezeichnen wir als Po-
ren, das Wasser darin als Porenwasser.
a)
b)
Das im Gesteinsverband vorkommende
Wasser, die flüssige Komponente, vermag c)
sich in Poren und Klüften zu bewegen,
engere und lockere Bindungen mit den
festen Gesteinsteileneinzugehenund durch
sein Verhalten beim Übergang in die feste
Phase (Eis) Veränderungen, Z.B. Volumen-
vergrößerungen, hervorzurufen. Wasser-
moleküle haben eine symmetrische Atom-
anordnung, sie sind Dipole. Dadurch kön-
nen die Wassermoleküle mit anderen Mole-
külen und Ionen in Wechselwirkung treten. d)
Die Beziehung zwischen fester und flüssi-
ger Phase können in verschiedenem Maß-
stab mit Bild 3.1a) bis d) deutlich gemacht
werden.
Tonminerale haben oft eine sehr geringe
Teilchengröße, woraus sich eine sehr große
Gesamtoberfläche ergibt (bis 1000 m2/g),
und sie haben eine große Zahl freier Valenz-
elektronen (mit Valenz bezeichnet man das
••••
[.jj~la •••.
. :
.~ ..:
..-
..~.
• • • I
•
gegenseitige Bindevermögen chemischer Bild 3.1
31
fest gebunden:
Sorpnonswasser
locker gebunden
oder .diffuse Hülle":
/ SO,"".tiomwM'"
freies Porenwasser
Entfernung
Elemente). Dadurch bildet sich um jedes Wechselbeziehung zWischen fester und
Tonplättchen ein elektrischesKraftfeld aus, flüssiger Phase
das eine Sorption (Aufnahme) von Ionen und Wassermolekülen verursacht.
Die Adsorption von Wassermolekülen durch freie Valenzen der Minerale erfolgt als
"gerichtete Sorption": die Wassermoleküle ordnen sich im Kraftfeld kettenartig und
senkrecht zur Oberfläche des Minerals, s.Bild 3.1 c).
Mit wachsender Entfernung nehmen die elektrischen Anziehungskräfte ab, so daß
die Brown'schen Molekularbewegungen heftiger werden. Deshalb werden gleich viele
Wasserteilchen angezogen wie abgestoßen. Diese Hülle ist somit nicht scharf be-

31. 32 3 Eigenschaften von Böden und Fels
grenzt, und wir sprechen deshalb von einer "diffusen Hülle". Außerhalb der "diffusen
Hülle" befindet sich das sogenannte freie Porenwasser, eine zweite Hülle.
Von Kapillarwasser spricht man, wenn infolge kleiner kommunizierender Boden-
poren Wasser wie in engen Röhren (Kapillaren) von einem Grundwasserspiegel
aufsteigen kann. Treibende Kraft des kapillaren Aufstiegs ist die Oberflächenspan-
nung des Wassers. Der Unterschied zum normalen Grundwasserspiegel heißt kapil-
lare Steighöhe hk ' siehe Abschn. 3.6.2.
3.2 Mineralogische Grundlagen
Die Mineralogie ist die Wissenschaft von den Mineralen, ihrer Entstehung, ihren
Eigenschaften, ihrem Vorkommen und ihrer Umwandlung. Minerale sind kleinste,
homogene, feste Teilchen aus denen sich Gesteine und Böden in einem festen oder
lockeren Verband zusammensetzen. Ihre natürliche Form ist der Kristall, ein geome-
trisch regelmäßig aufgebauter Körper mit ebenen Begrenzungsflächen. Amorphe
Aggregationen sind aber auch möglich. Die Minerale bilden sich bei geologischen
Prozessen, etwa aus übersättigten Schmelzen, aus wässrigen Lösungen, oder in
Verbindung mit metamorphen Vorgängen.
Nach der Entstehung unterscheidet man:
Aus dem Magma (Schmelzfluß) entstandene Minerale (magmatische Abfolge) wie
z.B. Feldspat, Quarz und Glimmer. Die Gesteine Nordamerikas und Europas
bestehen zu 66,9% aus Feldspäten, zu 22,2 %aus Kalk, Dolomit und Salinargestein
und zu 10,9 % aus Quarz.
Durch Verwitterung entstandene Minerale (sedimentäre Abfolge), wie z.B. die
Tonminerale; zu dieser Gruppe zählen auch die vom Wasser transportierten und
später ausgeschiedenen Stoffe wie Karbonate, Sulfate und Chloride.
Minerale, die aus einer nachträglichen Umbildung (Metamorphose) magmatischer
oder sedimentärer Minerale hervorgegangen sind, wie z.B. Calcite und Dolomite
des Marmors.
Die Bauteilchen der Minerale (Ionen, Atome bzw. Moleküle) sind im dreidimensionalen
Raum regelmäßig angeordnet. Zwischen ihnen wirken ionare, atomare bzw. moleku-
lare Bindungskräfte. Die durch Verwitterung entstandenen Tonminerale sind meist
Feldspatabkömmlinge. Ihre Molekülstrukturen sind oft labil, da sie noch keine aus-
geglichene Oberflächenladung besitzen. Sie treten oft als zwei- oder dreischichtige
Strukturen auf.
So sind z.B.: Kaolin:
Montmorillonit, Illit und Chlorit:
Zweischichtminerale,
Dreischichtminerale.

32. 3.2 Mineralogische Grundlagen 33
Nachfolgend werden in Tabelle 3.1 einige wichtige Minerale aufgeführt.
Tabelle 3.1: Einige wichtige Minerale
Bezeichnung Chemismus Farbe Vorkommen Eigenschaften
Feldspat Alkali·Silikat weiß, magmatische verwittert zu
z.B. KAlSips auch gefärbt und metamorphe Tonmineralen
Gesteine, Sedimente (z.B. Kaolin)
Quarz Si02 glasig, weiß, z.B. Granit, Gneis, sehr beständig
kristallisiert auch gefärbt Quarzit, Sandstein,
Kies, Sand
Glimmer farblos, magmatische dunkler Glimmer
z.B. Muskovit schwarz Gesteine (Biotit)
oder Biotit braun verwittert leicht
Hornblende komplexe grün bis magmatische Umwandlung in
Silikate mit 0, dunkelgrün und metamorphe Glimmer und
Na, K, Ca, Mg, und schwarz Gesteine Chlorit
Fe, Al, OH, Si
Calcit CaC03 weiß, farblos, Kalkstein und sehr leicht
(Kalkspat) auch gefärbt Marmor säurelöslich,
Humussäuren
Dolomit CaMg(C03)2 farblos, Dolomit und säurelöslich
gelbgrau in Kalksteinen
Anhydrit CaSO. weißgrau Anhydrit und löslich, treibt
eingesprengt durch Wasseraufnahme,
in Gesteine Reaktion mit Zement
Gips CaSO. * farblos eingesprengt löslich, reagiert
2H2O in Sedimenten, mit Zement,
Gipslagerstätten sulfattreibend
Tonminerale Al-OH-Silikate weiß, Ton, Lehm, Mergel, Quellen mit Wasser,
Z.B. Kaolin auch gefärbt verwitterte Schrumpfen
Montmorillonit, Gesteine bei Wasserentzug
IIlit u.a.
Struktur der Tonminerale feinkörniger Böden
Die durch Verwitterung, Erosion und während des Transports im Wasser sich
bildenden Tonmineralkristalle bleiben solange in ungeordnetem Zustand suspen-
diert, wie das die kinetische Energie des Wassers (Turbulenz) erlaubt.
Wenn die Geschwindigkeit klein wird, beginnen sich die aus dem Kristall und der
gebundenen Wasserhülle bestehendenPartikel unter demEinfluß der Van-der- WaaIs-
Bindungskräfte zu größeren Strukturen zu ordnen.

33. 34 3 Eigenschaften von Böden und Fels
Die im Wasser suspendierten Tonteilchen haben deswegen die Tendenz, sich zu einer
festeren Struktur zu ordnen, wobei auch die im Wasser gelösten freien Ionen großen
Einfluß haben. Das entstehende System ist sehr störanfällig und bricht bei Energie-
zufuhr wieder zusammen (Thixotrophie).
Die Dicke der diffusen Schicht aus gebundenen Wasser-Dipolen und damit die
Struktur der Tonminerale hängt von der "spezifischen Oberfläche" der Tonteilchen
ab; sie ist bei Montmorillonit am größten: 1000 m2j g (Illit: 100, Kaolinit: 10, Feinsand
mit d= 0,1 mm: 0,03 m2j g), so daß diese Tone bis zu mehreren 100 Gewichts-% freies
Wasser binden (polarisieren) können.
Entscheidend für die Dicke der diffusen Schicht sind weiter die Dielektrizitätskon-
stante, die Ionenkonzentration und die Valenz. Durch Änderung dieser Einflußgrö-
ßen verändern sich die Strukturen der Tonminerale und damit auch ihre boden-
mechanischen Eigenschaften.
Bild 3.2 stellt schematisch und in ebener Projektion die drei Strukturformen dar, die
experimentell nachgewiesen werden konnten:
a) flockulierte Struktur, ein Kartenhaus- ähnlicher Typ,
b) der disperse Typ mit bereichsweise eingeregelten Teilchen,
c) ein Wabentyp (die dunkel angelegten Partikel sollen Schluff-
körner bezeichnen).
Die Ausflockung nach a) ist für die Sedimentation in Salzwasser
kennzeichnend und nimmt dementsprechend stark zu, sobald
das Süßwasser eines Flusses in den übergangsbereich (Brackwas-
ser) zum Salzwasser des Meeres mündet (Zunahme der Ionen-
konzentration). Bei flockulierten Strukturen berühren sich die
Teilchen an den Kanten. Deshalb haben sie eine hohe Scherfestig-
keit, s. Abschn. 4.3. Sobald allerdings der sedimentierte Ton
irgendwelchen Störeinflüssen ausgesetzt wird, bricht die Flocken-
struktur in den höchstbeanspruchten Bereichen zusammen, und
es entsteht eine Struktur nach b), was von Mitchell (1976) experi·
mentell auf polarisationsoptischem Wege nachgewiesen wurde, s.
auch Sides/ Barden (1971). Solche Böden bezeichnet man als
sensitiv, s. Abschn. 4.3.10.
Bei dispersen Strukturen nach b) berühren sich die Teilchen nicht.
Deshalb haben diese Strukturen eine geringe Scherfestigkeit. Der
gegenseitige Abstand der Teilchen kann jedoch durch Wasser-
entzug und durch Auflast vermindert werden, so daß die Scherfe-
stigkeit zunimmt. Die disperse Struktur ist im Gegensatz zur
flockulierten stabil.
bl
cl
Bild 3.2
Strukturformen
von Tonen nach
Mitchell (1976)

34. v
3.3 Bestimmung von Bodeneigenschaften 35
Tone, die im Salzwasser sedimentiert wurden und anschließend durch Sickerwasser
ausgelaugt werden, so daß der Salzgehalt (Abnahme der Ionenkonzentration) des
Porenwassers allmählich sinkt, verlieren ihre ursprüngliche Festigkeit und werden
unter Last instabil (Beispiel: skandinavische Tone (quickclay), die durch Hebung des
Landes aus dem Meer aufgetaucht sind).
3.3 Bestimmung von Bodeneigenschaften
Es werden die Versuche erläutert, deren Ergebnisse den Boden grundlegend boden-
mechanisch beschreiben und die zu seiner Klassifizierung notwendig sind. Häufig
werden die Ergebnisse zur Verifizierung der Feldansprache benutzt.
Folgende Versuche dienen dieser Aufgabe:
Bestimmung der Dichte (Wichte)
Bestimmung des Wassergehalts
Bestimmung der Korngrößenverteilung
Bestimmung der Zustandsgrenzen und der Wasseraufnahme
Bestimmung der Lagerungsdichte
Bestimmung der organischen Bestandteile und des Kalkgehalts
Boden als Dreiphasenstoff: Definitionen von Bodenkennwerten
Nachfolgend werden in Bild 3.3 Definitionen aufgezeigt und mit den Formeln (3.1) bis
(3.9) abgeleitete Bodenkennwerte und ihr Zusammenhang aufgeführt.
1
Volumen Masse Boden als Dreiphasen·
stoff (Modell) Porenanteil Porenzahl
Bild 3.3
Boden als Dreiphasenstoff, Definitionen
e
1

35. 36 3 Eigenschaften von Böden und Fels
Volumen: v = Vn +Vs = Va +Vw +Vs (31)
Vn
(32)
e=-
Vs
Porenzahl:
Porenzahl (Luftanteil): e =~
a I-n
(3.3)
Porenanteil:
V
n=......!!..
V
(3.4)
Porenanteil (Luft): Va
n. =V (35)
m
(3.6)
P=-
V
Dichte:
md
(3.7)
Pd=-
V
Trockendichte:
ms md ms
(3.8)
P =-=-=
s Vs Vs (1- n) .1·1
Korndichte:
Wassergehalt:
mw
W=-
md
(3.9)
Weitere rechnerische Beziehungen der Bodenkennwerte für gesättigte und teilgesät-
tigte Böden sind in Tabelle 3.3 aufgeführt. Die Sättigungszahl Sr=1 in der Tabelle
bedeutet, daß alle Poren vollständig mit Wasser gefüllt sind.
3.3.1 Dichtebestimmung, Wichte
Gemäß der in Bild 3.3 aufgeführten Definitionen wird unterschieden zwischen:
Dichte (auch für teilgesättigten Boden) P
Dichte des gesättigten Bodens Pg = Pr
Trockendichte Pd
Korndichte Ps
Die Größe der Dichten und des Porenanteils hängt von der Korndichte Ps ab. Die
Korndichte bezieht die Feststoffmasse auf das Feststoffvolumen. Die Korndichte
kann nach DIN 18124 im Pyknometer ermittelt werden. Da die Korndichte der
einzelnen Bodenarten i. allg. nur sehr wenig voneinander abweicht, wird sie meist
nach der folgenden Tabelle 3.2 abgeschätzt:
Tabelle 3.2: Komdichten
Bodenart
bindig: ausgeprägt plastisch
bindig: leicht plastisch bis plastisch
nichtbindig
Komdichte Ps [gjcm3]
2,67 - 2,75
2,65 - 2,67
2,65

36. gesuchte
Größen
Wassergehalt
w
(gesättigter
Boden)
Wassergehalt
w
(teilgesät
.
tigter
Boden)
Porenanteil
n
f
-
-
-
-
-
-
Porenzahl
e
Dichte
P
g
=
p,
(gesättigter
Boden)
Dichte
P
(teil-
gesättigter
Boden)
Trocken-
dichte
Pd
Sättigungs-
zahl
S
=
V
w
,
V
n
Tabelle
3.3
vorgegebene
Größen
sind
p,
und
Pw
sowie
w;
S,
w
w·p,
w·
p,
+S,'
Pw
~.ß.
S,
Pw
S
'Pw
.p,
(l+w),
w.~,
+S,
'Pw
S,
'Pw
.p,
w·p,
+S,
'Pw
w
W
ges
w;n,
=n-I,
Iw;S,
=l;n,
=0
w
w·
p,
+
n,
.
Pw
w·p,
+Pw
w·
Ps
+n
a
'Pw
(1-
n.).
Pw
(l-n,).(1+w),p,
(w
~J+1
(l-n.)·pw·p,
w·p,
+Pw
(l-n,).w.p,
w·
p,
+
n.·
Pw
w
w·p,
w·p,
+Pw
w.ß.
Pw
(l+w),p,
'Pw
w·p,
+Pw
Pw'P,
w·p,
+Pw
n;n
w
n·pw
(1-
n)
p,
~
(1-
n)·
p,
n
n
1-n
(1-
n).
p,
+
n·
Pw
(l-n)·p,+I,·Pw
(l-n)p,
I,
n
Rechnerische
Beziehung
zwischen
Bodenkenngrößen
nach
v.
Soos
(1990)
e;e
w
e.
Pw
p,
e...
Pw
p,
e
l+e
e
p,
+e·pw
1+e
p,
+ew
'Pw
l+e
~
l+e
e
w
e
P,
=
p,
(p,
-p,)'Pw
(p,-Pw)'P,
p,
-P,
P,
-Pw
p,
-P,
P,
-Pw
P,
p,'
P,
-
Pw
p,
-
Pw
p;w
(p,
-
p).
Pw
(p-S,'Pw)'P,
(p,
-
p).
S,
.
Pw
(p
-
S,'
Pw)'
p,
1
-
-
-
P
(l+w),p,
(1+w).ß.-1
P
p,
-
Pw
.2.
+
Pw
l+w
p,
P
_P-
l+w
w·p·p,
Pw
.
((1+
w)·
p,
-
p)
Pd;W
Pw
_
Pw
Pd
p,
S,.(Pw
_Pw)
Pd
p,
1-&
p,
.ß.
-1
Pd
(
1
-
~:l
Pd
+
Pw
(1+W)'Pd
Pd
W'Pd
.p,
Pw'
(p,
-
Pd)
~
w
t:C
I·
~
§
t:C
o
f
f
w
......

37. 38 3 Eigenschaften von Böden und Fels
Für die Ermittlung des Bodeneigengewichts ist die Wichte erforderlich. Sie wird nach
Gleichung (3.10) berechnet, wobei g, die Erdbeschleunigung hier mit 9 = 10 m/s2
angesetzt wird:
r=p·g (3.10)
Für den voll wassergesättigten Boden gilt analog:
rr =Pr' 9 (3.11)
Für die Ermittlung der wirksamen (effektiven) Spannungen, s. Abschn. 4.1.8 und
Abschn. 9.1 wird die Wichte unter Auftrieb r' benötigt:
r'=rr-rw (3.12)
r w .... Wichte des Wassers.
3.3.2 Wassergehalt
Der Wassergehalt w einer Bodenprobe ist nach DIN 18121 das Verhältnis der Masse
des im Boden vorhandenen Wassers nlw, das bei einer Temperatur von 105°C
verdampft, zur Masse md der trockenen Probe, s. GI. (3.13).
Anmerkung:
Der Wassergehalt wird oft in Gewichts·% (d.h. Massen-%) angegeben.
Die Bestimmung erfolgt durch Ofentrocknung nachDIN 18121-l. Ebenfalls kann die
Trocknung mit Schnellverfahren im Mikrowellenherd oder in Feldlabors auch mit
anderen Verfahren vorgenommen werden, s. DIN 18121-2.
Zweck der Wassergehaltsbestimmung ist die Beurteilung bautechnischer Eigenschaf-
ten des Bodens. Das Versuchsergebnis wird auch als Hilfsgröße bei der Auswertung
anderer Labor- und Feldversuche benötigt.
Versuchsdurc~ung
Die Bodenprobe (10-50 g bei bindigenBöden; 50 bis 10 000 g bei nichtbindigen Böden
sowie steinigen Böden mit bindigem Anteil; genaue Massenangabe, s. DIN 18121-1,
Abschn. 5) wird samt dem Behälter gewogen (z.B. Uhrglas, Petrischale, Blechdose).
Danach wird sie mit geöffnetem Behälter im Trockenofen bei 105°C so lange
getrocknet, bis sich das Gewicht nicht mehr ändert (ca. 12 Std.). Nach Beendigung des
Trocknens wird die Probe zum Abkühlen im Behälter luftdicht verschlossen und in
einen Exsikkator gestellt. Nach Abkühlen auf Zimmertemperatur wird die Probe samt
Behälter wieder gewogen.
Auswertung
w = mw .100 [%]
md
I'nw = (feuchte Probe + Behälter) - (trockene Probe + Behälter)
md = (trockene Probe + Behälter) - Behälter
(3.13)

38. 3.3 Bestimmung von Bodeneigenschaften
Typische Versuchswerte
Tone:
Schluffe:
entfestigte Ton-/ Schluffsteine:
organische Schluffe und Tone:
Torfe:
Sande u. Kiese, erdfeucht:
3.3.3 Korngrößenverteilung
30.,; w.,; 100 %
15.,; w.,; 40 %
5.,; w.,; 30 %
20.,; w.,; 150 %
30.,; w.,; 1000 %
5.,; w.,; 15 %
39
Die Korngrößenverteilung gibt die Massenanteile der in einer Bodenart vorhandenen
Körnungsgruppen an. Mit der Korngrößenverteilung wird der Boden aufgrund einer
mittleren geometrischen Ausdehnung seiner Bestandteile beschrieben. Hinweise und
Versuche zur Korngrößenansprache nach DIN 4022 gibt Tabelle 3.9.
Versuche zur Bestimmung der Korngrößenverteilung werden nach DIN 18123 ausge-
führt, siehe Bild 3.4. Sie sind nachfolgend erklärt. Korngrößen über 0,063 mm bzw.
0,125 mm werden durch Siebung, Korngrößen darunter durch Sedimentation ge-
trennt.
Die Siebung ist die Trennung eines Bodens in Körnungsgruppen mit Hilfe von Prüf-
sieben. Die durch Siebe ermittelten Korngrößen werden nach der Lochweite der
Quadratlochsiebe oder nach der Maschenweite der Siebgewebe benannt, durch die sie
zuletzt gefallen sind. Diese Weite wird als Korngröße oder Korndurchmesserbezeichnet.
DieSedimentationist das Absinkenvon Körnern eines Bodens in einer Flüssigkeit. Die
unterschiedliche Sinkgeschwindigkeit führt zur Trennung der Korngrößen. Die
durch Sedimentation ermittelten Korngrößen werden nach dem gleichwertigen
Durchmesser bezeichnet, d.h. nach dem Durchmesser von Kugeln gleicher Dichte, die
beim Sedimentieren mit der gleichen Geschwindigkeit zu Boden sinken.
grobkörniger
Boden
Bild 3.4
d> 0,063
Trennung (Auswaschung)
über 0,063 mm-Sieb
d< 0,063
Versuche zur Korngrößenverteilung; Schemadarstellung
feinkörniger
Boden
d< 0,125

39. 40 3 Eigenschaften von Böden und Fels
Versuchsdurchführung nach DIN 18123
a) Siebung (Mindestprobemnenge: 150 - 18000 g)
Die Korngrößenverteilung im Boden mit Korngrößen über 0,063 mm wird durch
Trennen der vorhandenen Korngruppen mittels Siebung bestimmt. Enthält der zu
untersuchende Boden keine Korngrößen unter 0,063 mm, dann wird die Trocken-
siebung angewandt. Bei Böden, die auch Anteile von Korngrößen unter 0,063 mm
enthalten, wird die Korngrößenverteilung durch Siebung nach nassem Abtrennen
der Feinteile ermittelt.
Die Probe wird imTrocknungsofenbei 1050
Cgetrocknet, nach demAbkühlen auf 0,1%
der Probenmenge gewogen (Einwaage) und durch den aufeinandergesetzten Siebsatz
gesiebt. Die Siebe müssen mindestens 200 mm Durchmesser haben. Für die Korn-
größen 0,063,0,125,0,25,0,5, 1 und 2 mm werden Maschensiebe nach DIN 4188-1
verwendet; für 4,8, 16, 31,5 und 63 mm Quadratlochsiebe nach DIN 4188-2.
Es ist sowohl Hand- wie auch Maschinensiebung zulässig. Nach der Siebung werden die
Massen der Rückstände auf den einzelnen Sieben und in der Auffangschale gewogen.
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Rückstände soll
nicht mehr als 1% der Einwaage betragen. Ist der Massenunterschied größer, muß die
Siebung mit einer neuen Probe wiederholt werden.
b) Sedimentation/ Schlämmanalyse (Probemnenge ca. 50g)
Die nicht vorgetrocknete Probe wird mit einer Stammlösung und destilliertem Wasser
mehrere Stunden durchgeweicht. Als Stammlösung bezeichnet man ein Dispergie-
rungsmittel (Natriumpyrophosphat, Soda o.a.), das eine Koagulation (Flockenbildung)
der in der Suspension enthaltenen Feinstteilchen verhindert.
Unter Zugabe von weiterem destillierten Wasser wird diese Probe verdünnt und mit
einem Rührwerk durchgemischt. Anschließend wird sie mit destilliertem Wasser
restlos in einen Meßzylinder gespült und bis zur Meßmarke bei 1000 cm3 aufgefüllt.
Vor dem eigentlichen Versuchsbeginn ist die Suspension im Meßzylinder gut durch-
zuschütteln. Das geschieht durch wiederholtes Umkippen des Standzylinders. Nach
dem Durchschütteln wird der Zylinder abgestellt und gleichzeitig die Stoppuhr
ausgelöst und das Aräometer (Tauchwaage) so in die Suspension eingetaucht, daß es
frei schwimmt.
Bleibt der Meßzylinder ohne Störung stehen, so nimmt die Dichte der Suspension im
Laufe der Zeit ab, da zuerst die größeren und dann die kleineren Festteile absinken.
Diese Abnahme der Suspensionsdichte wird in bestimmten Zeitabständen mittels des
Aräometers festgestellt und gleichzeitig die Wassertemperatur gemessen. Bis zur
Ablesung bei 2 min verbleibt der Aräometer in der Suspension, danach muß es nach
jeder Ablesung herausgenommen und abgespült werden, damit sich keine Boden-
teilchen am Aräometer festsetzen. Erst kurz vor der nächsten Beobachtung wird es
wieder eingebracht.

40. 3.3 Bestimmung von Bodeneigenschaften
Auswertung
a) Siebung
41
Die Masse der Rückstände auf den Sieben und in der Auffangschale werden in
Prozente der Gesamttrockenmasse und diese in die entsprechenden Siebdurchgänge
umgerechnet. Die Siebdurchgänge werden in einem Diagramm zeichnerisch darge-
stellt. Sie ergeben als Summenkurve die Körnungslinie.
b) Sedimentation (Schlämmanalyse)
Die Ablesungen werden für jede Komgruppe in das Versuchsprotokoll eingetragen.
Der Komdurchmesser dwird zweckmäßigerweise mit Hilfe des Stokessehen Gesetzes
und unter Verwendung eines Nomogramms bestimmt, s. GI. (3.14) und (3.15). Der
Massenanteil a ist der Anteil, der zu einem Zeitpunkt t noch in der Schwebe ist; er
entspricht dem Siebdurchgang und wird wie dieser in Abhängigkeit von der Kom-
größe als Körnungslinie aufgetragen, s. GI. (3.16) und (3.17).
d= 18,35·T/.v
Ps -Pw
hp
V=-
t
m(t)
a=--·100
md
a =100 .~.(R+CT)
md Ps-1
7J ....•. dynamische Viskosität
hp •••• Höhe [ern]
v ...... Sinkgeschwindigkeit
(314)
(3.15)
(3.16)
(3.17)
CT ••• Ternperaturverbesserung
R ...... Hilfswert = (P' - 1).1Q3+Cm
p•..... Aräorneterablesung
Cm .. Meniskuskorrektur
In Bild 3.5 sind einige typische Körnungslinien von Böden dargestellt. In Klammem
sind teilweise die geologischen Bezeichnungen angegeben. Die Bezeichnungen der
Bodenarten sind gemäß DIN 4022 aufgeführt, s. Abschn. 3.4.
Die Bezeichnungen in der Tabelle von Bild 3.5 bedeuten:
d
Cu =-2Q.. =U (Ungleichförmigkeitsgrad) (3.18)
dlO
Ce = dio (Krümmungszahl) (3.19)
dlO .d60
Beide Kenngrößen beschreiben die Form der Körnungslinie. Ein U > 6 und ein Ce
zwischen 1 und 3 beschreiben z.B. eine flache Körnungslinie für einen weitgestuften,
sandigen Kies. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, so ist die Komgrößenverteilung
eng gestuft - wenn bestimmte Komgrößenbereiche fehlen - intermittierend gestuft.
Zur Klassifizierung mit diesen beiden Kenngrößen s. auch Abschn. 3.4.

41. "'
"
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c..
Körnungslinie
w
Q)
V.
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Schlämmkorn
Siebkorn
c
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Ton
Schlulfkorn
Sandkorn
Kieskorn
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0,002
0,006
0,02
0,06
0,2
0,63
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6,3
20
63
Korndurchmesser
d
[mm]
Linie
-
-
-
--
---
..................
Herkunft
der
Probe
Bodenart
Ton,
u
Schluff,
t,
Is'
Sand,
t,
u,
g'
Fein-/Mittel-
Sand,
9
Kies,
s
I
(See
ton)
(GeschiebemerQel)
sand
(Rheinsand)
u
-
-
-
275
40
550
-
-
-
Cc
1,3
1,0
1,5
tsemerkungen
Aroenswelse
tieCllmen
a
Ion
Sedimentation
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tiiebun
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42. 3.3 Bestimmung von Bodeneigenschaften 43
3.3.4 Zustandsformen und -grenzen
Die Zustandsform (Konsistenz) eines fein- bzw. gemischtkörnigen Bodens hängt vom
"aktuellen" Wassergehalt W des Bodens (s. Abschn. 3.3.2) ab. Mit abnehmendem
Wassergehalt geht bindiger Boden vom flüssigen in den bildsamen (plastischen),
dann in den halbfesten und schließlich in den festen (harten) Zustand über. Die
Übergänge von einer Zustandsform in die andere sind von Atterberg festgelegt
worden und werden Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) genannt.
Die FließgrenzewL ist der Wassergehalt amÜbergang von der flüssigen zur bildsamen
Zustandsform.
Die Ausrollgrenze wp ist der Wassergehalt am Übergang von der bildsamen zur
halbfesten Zustandform.
Die Schrumpfgrenze Ws ist der Wassergehalt am Übergang von der halbfesten
Zustandsform zur festen Zustandsform. Für die Bestimmung der Schrumpfgrenze
gilt DIN 18122-2.
Die Plastizitätszahl Ip ist die Differenz zwischen Fließgrenze und Ausrollgrenze.
(3.20)
Die Plastizitätszahl von Böden mit niedriger Fließgrenze ist versuchsmäßig nur
ungenau zu ermitteln. Die in diesen Bereich (Zwischenbereich, s. Bild 3.10) fallende
Böden müssen daher nach anderen Methoden, Z.B. Korngrößenverteilung oder nach
manuellen Verfahren, wie Trockenfestigkeits-, Schüttel-, Knet-, Reib- und Schneide-
versuch, dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden, s. Tabelle 3.9.
Der bildsame (plastische) Bereich zwischen der Fließ- und Ausrollgrenze wird in die
Zustandsformen breiig, weich und steif unterteilt, s. Bild 3.7.
Aus dem Wassergehalt an der Fließgrenze wL und der Ausrollgrenze wp wird mit Hilfe
des Wassergehaltes W des Bodens die Konsistenzzahl Ie berechnet.
(3.21)
Die Aktivitätszahl IA ist das Verhältniss der Plastizitätszahl Ip zum Massenanteil der
Körnung::; 0!002 mm des Bodens.
(3.22)
In GI. (3.22) bedeuten rnT die Trockenmasse< 0,002 mmund rnd die Trockenmasse der
Körner< 0,4 mm.

43. 44 3 Eigenschaften von Böden und Fels
Die Zustandsform (Konsistenz) eines bindigen Bodens kann gemäß DIN 4022 im
Feldversuch wie folgt ermittelt werden:
a) Breüg ist ein Boden, der beim Pressen in der Faust zwischen den Fingern hindurch-
quillt.
b) Weich ist ein Boden, der sich leicht kneten läßt.
c) 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.
d) Halbfest ist ein Boden, der beim Versuch, ihn zu 3 mm dicken Röllchen auszurollen
zwar bröckelt und reißt, aber doch noch feucht genug ist, um ihn erneut zu einem
Klumpen formen zu können.
e) Fest (hart) ist ein Boden, der ausgetrocknet ist und dann meist hell aussieht. Er läßt
sich nicht mehr kneten, sondern nur zerbrechen. Ein nochmaliges Zusammenbal-
len der Einzelteile ist nicht mehr möglich.
Bestimmung der Zustandsgrenzen nach DIN 18122-1 und -2
Zweck der Bestimmung der Zustandsgrenzen ist es, Aufschluß über bautechnische
und bodenphysikalische Eigenschaften bindiger Böden zu erhalten. Die Zustands-
grenzen sind ein Maß für die Bildsamkeit (Plastizität) des Bodens und für seine
Empfindlichkeit gegenüber Änderungen des Wassergehalts. Sie werden deshalb zur
Benennung von Böden gemäß DIN 4022 und zur Einteilung der bindigen Böden in
Gruppen nach DIN 18196 und DIN 18300 verwendet, s. Abschn. 3.4 und sind somit
für die Ausführung von Erdarbeiten eine wichtige Beurteilungsgrundlage. Sie geben
in Verbindung mit dem jeweiligen Wassergehalt einen Anhalt für die Zustandsform
(Konsistenz) eines bindigen Bodens und damit für die Festigkeit, s. DIN 1054 in
Abschn. 12.9.
Die Plastizität ist in Verbindung mit dem Feinstkorn ein Anhalt für die Aktivität der
Tonmineralien. Die Ausrollgrenze ist ein Richtmaß für die Bearbeitbarkeit eines
Bodens und dient u.a. zur Abschätzung des optimalen Wassergehaltes, s. Abschn.
3.8.1 Proctorversuch:
Versuchsdurchführung
a) Fließgrenze wL
Etwa 200-300 g des feuchten Bodens ohne Körner über 0,4 mm Durchmesser werden
mit destilliertem Wasser zu einer gleichmäßig weichen Paste aufbereitet. In die Schale
des Fließgrenzengerätes wird ein Teil der aufbereiteten Probe eingestrichen. Mit einem
Furchenzieher schneidet man eine Furche, die bis auf den Grund der Schale reicht.
Durch Drehen einer Handkurbel hebt man die Schale so oft an und läßt sie wieder
fallen, bis sich die Furche am Boden der Schale auf eine Länge von 10 mm geschlossen
hat. Die Anzahl der dazu erforderlichen Schläge ist festzuhalten.

44. 3.3 Bestimmung von Bodeneigenschaften 45
Die Fließgrenze ist dann erreicht, wenn bei genau 25 Schlägen die Furche 10 mm breit
zusammenfließt. Da es fast unmöglich ist, diesen Wassergehalt genau einzustellen,
werden mindestens 4 Versuche mit verschiedenen Wassergehalten ausgeführt (Mehr-
punktmethode), aus denen die Fließgrenze dann nach halblogarithmischer Auf-
tragung graphisch interpoliert wird. Kornteile mit d > 0,4 mm werden mit einer
Überkorrektur gemäß DIN 18122, Abs. 8 berücksichtigt.
Zur Bestimmung des jeweiligen Wassergehaltes ist von der Stelle des Zusammenflus-
ses ca. 5 cm3 Material zu entnehmen.
b) Ausrollgrenze wp
Von einer wieunter a) aufbereiteten Masse wird ein Teil auf einer wasseraufsaugenden,
nicht fasernden Unterlage so lange mit der flachen Hand ausgerollt, bis 3 mm dicke
Röllchen zu zerbröckeln beginnen. Diese Krümel werden sofort in Petri- oder Uhrglas-
schalen eingeschlossen. Für eine Wassergehaltsbestimmung sind etwa 5g erforderlich.
Dieser Versuch ist mindestens 3mal durchzuführen.
c) Schrumpfgrenze Ws
Etwa 200 g des Bodens werden ohne Kornanteil > 0,4 mm Durchmesser mit einem
Wassergehalt von etwa dem 1,lfachen des Wertes an der Fließgrenze aufbereitet und
in eine Ringform (Durchmesser 70 mm, Höhe 14 mm) luftporenfrei eingestrichen und
zur Bestimmung des Anfangswassergehalts gewogen.Da das Erreichen der Schrumpf-
grenze meist an der eintretenden helleren Farbe des Bodens zu erkennen ist, wird die
Probe bei Raumtemperatur bis zum Farbumschlag getrocknet. Anschließend wird die
Probe, wie bei der Wassergehaltsbestimmung, im Trockenofen bei 105°C bis zur
Massenkonstanz weiter getrocknet.
Nach Abkühlung der Probe wird die Trockenmasse ermittelt und die Volumenbestim-
mung durch Tauchwägung (Quecksilberverdrängung) oder Ausmessung ausgeführt.
Auswertung
a) Fließgrenze
Die verschiedenen Wassergehalte werden in einem
Formblatt über den Schlagzahlen aufgetragen. Die
Meßpunkte liegen bei halblogarithmischer Darstel-
lung der SchlagzaI-Jen annähernd auf einer Gera-
den, auf der dann für die Schlagzahl 25 der Wasser-
gehalt wL der Fließgrenze abgegriffen wird.
b) Ausrollgrenze
Das Mittel aus den Wassergehalten des mindestens
3mal durchgeführten Versuchs ist der Wassergehalt
der Ausrollgrenze wp •
v
Bild 3.6
- -".
",
,
w. w
Definition der Schrumpfgrenze

45. 46 3 Eigenschaften von Böden und Fels
c) Schrumpfgrenze
DenWassergehalt an der Schrwnpfgrenze Ws weist eine Bodenprobe auf, wenn sie beim
weiteren Austrocknen ihr Volumen nicht mehr merklich ändert, s. Bild 3.6.
Unter der Annahme, daß sich bei Massenkonstanz auch das Volumen nicht mehr
ändert, berechnet sich die Schrumpfgrenze (Wassergehalt an der Schrumpfgrenze)
wie folgt:
Ws = Pw(Vd -~) (323)
~ Ps
NachKrabbe (1958)besteht zwischen denAtterbergschen Grenzenund der Schrumpf-
grenze folgende Beziehung:
(3.24)
Mit dem natürlichen Wassergehalt und dem Wassergehalt an der Schrumpfgrenze
kann man mögliche Volumenänderungenund damit Setzungen infolge von Austrock-
nung bzw. Wasserentzug (z.B. durch hohe Bäume neben einem Fundament) berech-
nen.
Abgeleitete Größen und Zuordnung
Nach den Konsistenzgrenzen und dem natürlichen Wassergehalt werden nachfolgen-
de Zustandsformen unterschieden:
Bild 3.7
Zustandsfonnen
Wassergehalt
Zustandsform I fest
Konsistenzzahl Ie
K
Ip
>I
Ws wp wL
I halbfest I steif I weich I breüg Iflüssig I
1,0 0,75 0,5 o
Für die Zuordnung zu Bodengruppen nach DIN 4022 und DIN 18196 aufgrund der
Fließgrenze wL und der Plastizitätszahl Ip , s. Abschn. 3.4.
Ein paar typische Kennwerte sind für einige Böden nachfolgend in Tabelle 3.4
aufgeführt.
Tabelle 3.4: Typische Kennwerte
Bodenart wL wp Ip
Sand mit Feinkorn 20 - 40 15 - 20 5 - 25
Schluff 25 - 50 20 - 23 4 - 20
Ton, hochplastisch 60 - 85 20 - 35 33 - 55
Schluff u. Ton, organisch 45 - 70 30 -45 10 - 30