diseño de cimentaciones de ing civil

1. Grundbau
Teil 1 Bodenmechanik und erdstatische
Berechnungen
Von Professor Dr.-Ing. Konrad Simmer
Fachhochschule Rheinland-Pfalz,
Abteilung Koblenz
19., neubearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 301 Bildern, 85 Tafeln und 48 Berechnungs-
beispielen
B. G. TeubnerStuttgart1994

2. Hinweise aufDIN-Normen in diesem Werk entsprechen dem Stand
der Normung bei Abschluß des Manuskripts. Maßgebend sind die
jeweils neuesten Ausgaben der Normblätter des DIN Deutsches In-
stitut für Normung e. V. im Format A4, die durch den Beuth-Verlag
GmbH, Berlin und Köln, zu beziehen sind. - Sinngemäß gilt das
gleiche für alle in diesem Buch angezogenen amtlichen Richtlinien,
Bestimmungen, Verordnungen usw.
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Simmer, Konrad:
Grundbau I von Konrad Simmer. - Stuttgart : Teubner
Frühere Auf1. u. d. T.: Schulze, Walter E.: Grundbau
Teil 1. Bodenmechanik und erdstatische
Berechnungen. - 19., neubearb. u. erw. Aufl. - 1994
ISBN 978-3-322-99389-2 ISBN 978-3-322-99388-5 (eBook)
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlieh geschützt.
Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgeset-
zes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt
besonders für Vcrvielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen
und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
(0 B. G. Teubner Stuttgart 1994
Softcover reprint ofthc hardcover 19th edition 1994
Gesamtherstellung: Allgäuer Zeitungsverlag GmbH, Kempten
Umschlaggestaltung: Peter Pfitz, Stuttgart
DOI 10.1007/978-3-322-99388-5

3. Vorwort
Das Werk "Grundbau" gehört bald neun Jahrzehnte zum Lehrbuchangebot des
Verlages B. G. Teubner. Es wurde begründet und bis zur 6. Auflage 1937 weiterge-
führt von M. Benzel, nachfolgend bis zur 13. Auflage 1961 bearbeitet von W. E.
Schulze.
Seither haben sich sowohl die Kenntnisse über das Verhalten des Baugrundes als
auch die Verfahren zur Ausführung von Grundbauwerken ständig weiterentwickelt.
Dies führte zwangsläufig zur Ausweitung des behandelten Stoffgebietes und im
Jahre 1974 zur Teilung des Werkes: Teil 1 behandelt "Bodenmechanik und erdstati-
sche Berechnungen", Teil 2 "Baugruben und Gründungen". Beide Bände wenden
sich vornehmlich an die Studenten des Bauingenieurwesens und an die in der Praxis
tätigen Ingenieure.
Teil 1 vermittelt alle wichtigen Kenntnisse, die zum Verständnis von Wechselwirkun-
gen zwischen Baugrund und Bauwerk - in weitestem Sinne - erforderlich sind. Das
Buch soll den jungen Ingenieur befähigen, grundbauspezifische Probleme zu erken-
nen, und ihm bewährte Lösungen an die Hand geben. Ferner wird der Benutzer mit
erdstatischen Berechnungen und den jeweils maßgebenden DIN-Normen vertraut
gemacht. Das Erarbeiten der Berechnungsmethoden erleichtern 48 Berechnungsbei-
spiele.
Die für die 19. Auflage erforderliche Neubearbeitung gab Gelegenheit, die Darstel-
lung im notwendigen Umfang zu erweitern. So wurden die Abschnitte Dynamischer
Plattendruckversuch, Flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle, Boden-
dynamische Kennwerte und Geotechnik der Deponien und Altlasten neu aufge-
nommen. Die übrigen Abschnitte sind überarbeitet und dem heutigen Stand der
Technik und Normung angepaßt.
Auf die mit der Anpassung der nationalen Normen (z. B. DIN 1054, DIN 4017 und
DIN 4084) an die europäischen Normen ENV 1991-1 (früher Eurocode 1 Teil 1) und
ENV 1997-1 (früher Eurocode 7 Teil I) (z. Z. Entwürfe) zu erwartenden, möglichen
Änderungen bei den Standsicherheitsnachweisen wird in einem zusätzlichen Ab-
schnitt eingegangen.
Bei dem begrenzten Umfang des Buches ist es nicht möglich, alle Teilgebiete er-
schöpfend zu behandeln. Auf spezielle weiterführende Literatur wird jeweils hinge-
wiesen.
Mein Dank gilt allen, die durch Anregungen, Beratung oder durch Überlassen von
Unterlagen die Bearbeitung der Neuauflage gefördert haben. Dem Verlag B. G.
Teubner danke ich für die stets vorzügliche Zusammenarbeit und für die gewissen-
hafte Herstellung des Buches. Verfasser und Verlag begrüßen jederzeit dankbar An-
regungen und Hinweise aus dem Leserkreis, die der Weiterentwicklung des Buches
dienen.
Koblenz. im Sommer 1994 Konrad Simmer

4. Inhalt
o Grundlagen der Darstellung . . . . . . . 9
1 Begriff und Aufgabe der Bodenmechanik 11
2 Der Baugrund
2.1 Geologische Grundlagen . . . . . . . 12
2.1.1 Aufbau der Erde und Erdzeitalter 12
2.1.2 Grundbegriffe der Mineralogie . 14
2.2 Gesteine . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.1 Erstarrungsgesteine (Eruptivgesteine) 17
2.2.2 Ablagerungsgesteine (Sedimentgesteine) 17
2.2.3 Umwandlungsgesteine (Metamorphe Gesteine) 18
2.2.4 Verfahren zur Beschreibung von Fels 19
2.3 Böden. . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.1 Entstehung der Böden . . . . . . . 19
2.3.2 Physikalischer Aufbau der Böden . . 21
2.3.3 Benennung und Einteilung der Böden 22
2.3.3.1 Benennung der Bodenarten nach Korngrößen 22
2.3.3.2 Bodengruppen (Bodenklassifikation nach DIN 18196) 23
2.3.3.3 Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 . . . . .. 27
2.3.3.4 Einteilung der Böden nach ihrer Belastbarkeit (DIN 1054) 29
2.3.3.5 Erkennen der Bodenarten auf der Baustelle (Feldversuche) 29
2.3.4 Allgemeine Beurteilung der Böden. 30
2.3.4.1 Böden als Baugrund 30
2.3.4.2 Böden als Baustoff 32
2.4 Die Schichtung des Baugrunds
2.4.1 Ursachen der heutigen Schichtung
2.4.2 Einfluß der Schichtung auf die Standsicherheit
2.5 Das Wasser im Baugrund
3 Geotechnische Untersuchungen
32
32
34
35
3.1 Zweck der geotechnischen Untersuchungen . . . . . . . . 39
3.2 Vorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.1 Art und Umfang der geotechnischen Untersuchungen 41
3.2.1.1 Begriffe, Grundlagen und geotechnische Kategorien 41
3.2.1.2 Richtwerte für Abstände und Erkundungstiefen 44
3.2.2 Schichtenverzeichnis und Darstellung der Ergebnisse 46
3.2.3 Bodenproben . . . . . 52
3.2.3.1 Bohrproben .. . . . . . . . 53
3.2.3.2 Sonderproben . . . . . . . . 53
3.2.3.3 Kennzeichnung der Bodenproben 56
3.2.3.4 Aufbewahrung und Transport der Proben 56
3.2.3.5 Proben zur Untersuchung auf betonschädliche Stoffe 56
3.3 Methoden und Technik der Bodenuntersuchungen 56
3.3.1 Vorerkundung 56
3.3.2 Schurf. . . . . . . 57
3.3.3 Bohrungen. . . . . 58
3.3.3.1 Allgemeines 58
3.3.3.2 Bohrmethoden und Bohrgeräte 64

5. Inhalt 5
3.3.4 Sondierungen . . . . . . . . . 68
3.3.4.1 Rammsondierungen . . . 69
3.3.4.2 Drucksondierungen (CPT) 73
3.3.4.3 Quantitative Zusammenhänge bei Sondierungen 75
3.3.4.4 Flügelsonden . . . . . . 78
3.3.4.5 Seitendrucksonden 78
3.3.5 Geophysikalische Untersuchungen. 79
3.3.6 Probebelastung . . . . . . . . . 82
3.3.6.1 Begriffe und allgemeine Versuchsdurchführung 82
3.3.6.2 Probebelastungen für Flächengründungen . 82
3.3.6.3 Plattendruckversuch 84
3.3.6.4 CBR-Versuch. . . . . . . . . 90
3.3.7 Dynamische Belastung. . . . . . . . . 90
3.3.7.1 Dynamischer Plattendruckversuch 90
3.3.7.2 Flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle 92
3.3.8 Ingenieurbiologische Bodenaufschlüsse . . . . . . . . . . 94
4 Bodenkenngrößen, ihre Ermittlung und Bedeutung
4.1 Korngröße und Korngrößenverteilung . . . . . . . 95
4.2 Kornform, Korngefüge und Beimengungen . . . . . 98
4.3 Wassergehalt, Sättigungszahl, Wasseraufnahmevermögen 100
4.4 Korndichte und Kornwichte 104
4.5 Porenanteil und Porenzahl 107
4.6 Dichte und Wichte des Bodens 108
4.7 Lagerungsdichte . . . . . . . 113
4.7.1 Lagerungsdichte nichtbindiger Böden 113
4.7.2 Lagerungsdichte bindiger Böden 116
4.7.3 Nachprüfen der Verdichtung . . . . 118
4.8 Zustandsformen, Konsistenzgrenzen nach Atterberg 119
4.9 Durchlässigkeit und kapillare Steighöhe . . . . . 124
5 Festigkeits- und Formänderungseigenschaften der Böden
5.1 Scherfestigkeit . . . . . . . 129
5.1.1 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.1.2 Scherparameter c und rp . . . . . . . . . . . . . . 134
5.1.3 Versuche zur Bestimmung der Scherfestigkeit . . . . . 136
5.1.3.1 Versuchsanordnungen für die Untersuchung von Scher-
fugen . . . . . . . . 136
5.1.3.2 Triaxialversuch . . . . 140
5.1.3.3 Einaxialer Druckversuch 145
5.1.3.4 Flügelsondenversuch 146
5.2 Zusammendrückbarkeit . . . . . . . 147
5.2.1 Begriffe . . . . . . . . . . . 147
5.2.2 Kenngrößen für die Zusammendrückbarkeit der Böden und ihre
Ermittlung. . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.2.2.1 Steifemodul Es und spezifische Setzung s' 148
5.2.2.2 Elastizitätsmodul E . . . . . . . . . 151
5.2.2.3 Verformungsmodul Ev • • • • • • • • 151
5.2.2.4 Mittlerer Zusammendrückungsmodul Ern 151
5.2.2.5 Zusammenhang zwischen den Kenngrößen 152
5.2.3 Zeitsetzungslinie
5.3 Bodendynamische Kennwerte . . . . . . . . . . . . .
152
154

6. 6 Inhalt
6 Erdstatische Berechnungen
6.1 Spannungsverteilung unter Bauwerken
6.1.1 Sohlspannungsverteilung . . .
6.1.1.1 Begriffe . . . . . .
6.1.1.2 Berechnung der Sohlnormalspannungen
6.1.2 Spannungsverteilung im Boden . . . . . . . .
6.1.2.1 Begriffe . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2.2 Berechnung der Spannungsverteilung im Boden
157
157
157
160
169
169
171
6.2 Setzungen der Bauwerke . . . . . . . . . 178
6.2.1 Wesen und Ursachen der Setzungen . . . . . . . . . 178
6.2.2 Unterlagen für Setzungsberechnungen . . . . . . . . 179
6.2.3 Setzungsbercchnungen bei schlaffen und starren Gründungen 180
6.2.4 Methoden der Setzungsermittlung bei mittiger Belastung . . 180
6.2.4.1 Spannungen im Boden und Grenztiefe . . . . . . 180
6.2.4.2 Setzungsermittlung mit Hilfe geschlossener Formeln 182
6.2.4.3 Setzungsermittlung mit Hilfe der lotrechten Spannungen
im Boden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.2.5 Setzungsermittlung bei ausmittiger Belastung . . . . . . . . . 193
6.2.5.1 Ermittlung der Verkantung starrer Gründungskörper mit
Hilfe geschlossener Formeln . . . . . . . . . . . . 193
6.2.5.2 Ermittlung der Setzungen einzelner Punkte mit Hilfe der
Spannungen im Boden . . . . . . 196
6.2.6 Setzung infolge von Grundwasserabsenkung 196
6.2.7 Konsolidation . . . . . . . . . . . . . 197
6.2.8 Typische Setzungserscheinungen, Rißbildungen und Setzungsbe-
obachtungen . . . . . . . . . . . . . . . 198
6.2.9 Maßnahmen gegen unterschiedliche Setzungen 200
6.3 Grundbruch . . . . . . . . . . 201
6.3.1 Ursachen eines Grundbruchs 201
6.3.2 Bruchlast . . . . . . . . 201
6.3.3 Grundbruchsicherheit . . . 202
6.3.4 Grundbruch bei lotrecht und mittig belasteten Flachgründungen 204
6.3.5 Grundbruch bei schräg und ausmittig belasteten Flachgründungen 208
6.4 Gelände- und Böschungsbruch 211
6.4.1 Begriffe . . . . . . . . . . . . . 211
6.4.2 Berechnungsgrundlagen . . . . . . 212
6.4.3 Berechnungen mit Lamellenverfahren 216
6.4.4 Berechnung mit lamellenfreien Verfahren 226
6.4.5 Standsicherheitsuntersuchungen in besonderen Fällen 229
6.4.5.1 Zulässige Böschungsneigungen bei einheitlichem Boden 229
6.4.5.2 Ansatz ebener und gebrochener Gleitflächen 230
6.5 Langzeitrutschung. . . . . . 232
6.6 Wirkung des Wassers im Boden 232
6.6.1 Wasserdruck . . . . . 232
6.6.2 Wasserbewegung im Boden, Strömungsnetze 235
6.6.3 Einfluß der Wasserbewegung auf die Wichte des Bodens 238
6.6.4 Hydraulischer Grundbruch 239
6.6.5 Erosionsgrundbruch . . . . . . . . . . . . . . . . 244

7. Inhalt
6.7 Erdauflast, aktiver und passiver Erddruck . . . . . .
6.7.1 Erdauflast . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7.2 Grundlagen zum aktiven und passiven Erddruck
6.7.2.1 Grenz- und Zwischenwerte des Erddrucks .
6.7.2.2 Erddrucktheorien . . . . . . . . . . .
6.7.2.3 Grundwerte für die Berechnung von Erddruck und Erd-
widerstand . . . . . . . . . . . . .
6.7.3 Der aktive Erddruck Ea bei nichtbindigen Böden
6.7.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . .
6.7.3.2 Berechnung des Erddrucklastanteils Eag mit Erddruckbei-
6.7.3.3
6.7.3.4
6.7.3.5
werten . . . . . . . .
Culmannsche E-Linie . . . . . . . . . . . . . . .
Ponceletsche Zeichnung . . . . . . . . . . . . . .
Ermittlung bei Ansatz gekrümmter oder gebrochener
Gleitflächen . . . . . . . . . . . . .
6.7.3.6 Verteilung des aktiven Erddrucks aus Bodeneigenlast ..
6.7.3.7 Aktiver Erddruck bei gleichmäßig verteilter Auflast, bei
geschichtetem Baugrund, bei gebrochener Mauerrück-
wand, bei Kragplatten und bei nicht geradlinig verlaufen-
der Geländeoberfläche . . . . . . . . . . . . . .
6.7.3.8 Erddruck auf Winkelstützmauern . . . . . . . . .
6.7.4 Der passive Erddruck (Erdwiderstand) bei nichtbindigen Böden
6.7.4.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . .
6.7.4.2 Berechnung mit Erdwiderstandsbeiwerten
6.7.4.3 Culmannsche Ep-Linie . . . . . . . .
6.7.4.4 Ponceletsche Zeichnung . . . . . . .
6.7.4.5 Ermittlung bei Ansatz gekrümmter und gebrochener
Gleitflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7.4.6 Verteilung des passiven Erddrucks aus Bodeneigenlast
6.7.4.7 Passiver Erddruck bei Flächenauflast, bei geschichtetem
Boden und bei gebrochener Mauerrückwand . . . . .
6.7.5 Erdruhedruck Eo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7.6 Aktiver und passiver Erddruck bei Böden mit Reibung und Kohä-
6.7.7
6.7.8
sion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7.6.1 Berechnung mit Erddruckbeiwerten . . . . . . .
6.7.6.2 Zeichnerische Ermittlung (erw. Culmann-Verfahren)
Aktiver und passiver Erddruck bei reinen Kohäsionsböden .
Sonderfälle von Erddruck und Erdwiderstand . . . . . . .
6.7.8.1 Erddruck infolge von Punkt-, Linien-, Streifen- und Hori-
6.7.8.2
6.7.8.3
6.7.8.4
6.7.8.5
6.7.8.6
6.7.8.7
6.7.8.8
zontallasten . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Räumlicher aktiver Erddruck . . . . . . . . . . .
Räumlicher Erdwiderstand vor schmalen Druckflächen
Erddruckumlagerungen
Verdichtungserddruck Ev . . . . . . . . .
Erhöhter Erddruck . . . . . . . . . . .
Zusammenwirken von Erd- und Wasserdruck
Siloerddruck und Erddruck auf Kellerwände
7 Zulässige Belastung des Baugrunds und Lastannahmen tür
Bauten,Bodenkenngrößen
7.1 Lasten und Lastfälle . . . . . . . . . . . . .
7.2 Standsicherheitsnachweise für Flächengründungen
7
245
245
245
246
248
250
251
251
252
255
257
258
265
266
272
275
275
276
278
280
281
285
286
286
287
288
290
295
295
295
301
302
307
308
310
310
314
317
318

8. 8
7.3 Zulässige Bodenpressung (Sohlnormalspannung) in Regelfällen
7.3.1 Zulässige Bodenpressung bei nichtbindigem Baugrund
7.3.2 Zulässige Bodenpressung bei bindigem Baugrund
7.4
7.3.3 Zulässige Bodenpressung bei Schüttungen .... . .
7.3.4 Zulässige Bodenpressung bei Flächengründungen auf Fels
Lastannahmen für Bauten, Bodenkenngrößen . .
Inhalt
321
323
325
326
327
327
8 Verbessern der Eigenschaften des Baugrunds
8.1 Grundlagen . . . . . . 332
8.2 Bodenersatzverfahren 332
8.3 Mechanische Verdichtung 333
8.3.1 Mechanische Verdichtung nichtbindiger Böden 333
8.3.2 Mechanische Verdichtung bindiger Böden 337
8.3.3 Dynamische Intensivverdichtung 338
8.4 Injektionen. . . . . . . 339
8.4.1 Grundlagen . . . . . . . . . 339
8.4.2 Zementinjektionen . . . . . . 343
8.4.3 Einpressung von Mischungen aus Ton, Schluff, Sand und Binde-
mitteln . . . . . . . . 345
8.4.4 Chemische Injektionsmittel . . . . 346
8.4.5 Bitumeneinpressung . . . . . . . 348
8.4.6 Hochdruckinjektion (Jet Grouting) 348
8.5 Bodenverfestigung durch Entwässerung 349
8.6 Elektrochemische Bodenverfestigung . . . 351
8.7 Thermische Bodenverfestigung . . . . . 352
8.8 Bodenverfestigung und Bodenverbesserung im Straßenbau 353
8.8.1 Bodenverfestigungen 354
8.8.2 Bodenverbesserungen . . . . . 355
8.9 Geotextilien . . . . . . . . . . . . 357
8.10 Geotechnik der Deponien und Altlasten 360
8.10.1 Grundlagen. . . . . . . . . 360
8.10.2 Planung und Bau von Deponien 360
8.10.3 Sanierung von Altlasten 363
9 Der Frost im Baugrund
9.1 Homogener Bodenfrost . . . . . . . .
9.2 Nichthomogener (geschichteter) Bodenfrost
9.3 Frostkriterien . . . . . . . . . . .
9.4 Frostschäden und Gegenmaßnahmen
10 Anhang
10.1 Tafeln für Erddruck und Erdwiderstand; Tafel Bodenklassifizierung nach
364
364
365
366
USCS; Tafel des Erdzeitalters 371
10.2 Verzeichnis der Berechnungsbeispiele .
10.3 Größen, Formelzeichen und Einheiten.
10.4 Literatur . . . . . . . . . . . . .
10.5 DIN-Normen zum Grundbau
10.6 Standsicherheitsnachweise mit Teilsicherheitsbeiwerten .
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
394
396
399
402
409
421

9. o Grundlagen der Darstellung
Sicherheitskonzepte. Zu unterscheiden sind das globale und das probabilistische
Sicherheitskonzept.
Globales Sicherheitskonzept. In dem bisher gültigen, unserem Normenwerk und dieser Auf-
lage zugrundeliegenden Sicherheitskonzept werden zwischen einer definierten Grenztragfä-
higkeit und der Belastung Globalsicherheitsfaktoren festgelegt. So wird z. B.beim Nach-
weis gegen Gleiten gefordert, daß die mögliche Sohlreibungskraft H , = V· tan b,r (ggf. um
den Anteil Epr einer Erdwiderstandskraft Ep erhöht) bei Lastfall I 1,5 mal so groß sein muß
wie die angreifende Schubkraft H also 17g = (H, + Epr)/H~ 1,5.
Beim Nachweis der Sicherheit gegen Grundbruch ist im Lastfall 1 eine globale Sicherheit
17p ~ 2,0 gefordert usw. Beide Sicherheiten gewährleisten, daß die Bauwerke standsicher
smd. Ein Vergleich der beiden Sicherheiten ist jedoch nicht möglich, da ein einheitliches
Sicherheitsniveau fehlt.
Ein erster Ansatz Sicherheitskonzepte auf gleiche Ausgangsgrößen zu beziehen und damit
einen Vergleich zu ermöglichen, ist das Sicherheitskonzept mit der Bezugsgröße Reibungs-
winkel mit 17 = tan q1vorh/tan q1err' Nachteilig ist, daß auch dieser Ansatz nur in Einzelfällen
möglich ist.
Probabilistisches Sicherheitskonzept')2). Bei diesem - auf der Wahrscheinlichkeitstheorie
aufbauendem - Konzept geht man davon aus, daß sowohl die Einwirkungen S als auch die
Widerstände R zufällige Veränderliche sind. Sie können durch Verteilungsfunktionen (im
Regelfall durch Normalverteilungen) beschrieben werden (s. Bild 0.1a). Ein Versagen tritt
ein, wenn Z= R - S< 0 ist (s. Bild 0.1b).
Sicherheitsrnaß ist hier die Versagenswahrscheinlichkeit Pr. Den Berechnungen wird
eine Versagenswahrscheinlichkeit Pr = 10- 6 zugrunde gelegt. Dies entspricht einem
Sicherheitsindex ß= 4,75. Für die praktische Berechnung der Einwirkungen Sund
der Widerstände R werden für die verschiedenen Größen (z. B. Wichte, Reibungs-
f IRl,fIS) I Häufigkeit) f(Z) (Häufigkeit)
Grenzzustan dsgleichung
R-S:Z2:0
a)
Versagens-
...ahrschein-
lichkeit
p,
R,S b)
m=Mittel...ert
v: u lm: Variationskoeffizient
u : Standardab...eichung
ß=mzlUz
Z
0.1 Verteilungsfunktionen (Verteilungsdichten)3)
a) Verteilungsfunktion der Widerstände R und der Einwirkungen S
b) Verteilungsfunktion der streuenden Größe Z = R - S und Zuordnung der Versa-
genswahrscheinlichkeitPr und des Sicherheitsindex ß
') Siebke, H .:Zum Thema Bauwerksicherheit: Sicherheit durch Bemessung Z. Der Bau-
ingenieur (1985) H. 1
2
) Weißenbach, A.: Diskussionsbeitrag zur Einführung des probabilistischen Sicherheits-
konzeptes im Erd- und Grundbau. Z. Die Bautechnik (1991) H. 3
3) Franke, E.:Neue Regelung der Sicherheitsnachweise im Zuge der Europäischen Bau-
Normung. Von der deterministischen zur probabilistischen Sicherheit im Grundbau. Z.
Die Bautechnik (1990) H. 7

10. 10 o Grundlagen der Darstellung
winkel, Kohäsion und dgl.) Teilsicherheitsbeiwerte festgelegt. Ihre Größe bestimmt
sich jeweils nach der Größe ihrer Streuungen. Leider sind bisher noch keine ver-
bindlichen Teilsicherheitswerte in Normen festgelegt.
Die mit Einführung des probabilistischen Sicherheitskonzeptes zu erwartenden
Änderungen betreffen im wesentlichen die Abschnitte 6 und 7. Die weiteren Ab-
schnitte werden nur tangiert. Berechnungsansätze und weitere Literaturangaben
s. Abschn. 10.6.
Baustoffkurzzeichen und Festigkeitsangaben. Verwendet werden die bei Abschluß des Manu-
skripts gültigen Kennzeichnungen.
Literaturhinweise im Text sind durch eine Ziffer in [ 1gekennzeichnet. Die näheren Anga-
ben dazu enthält das Literaturverzeichnis auf S. 399 f.
DIN-Normen sind in diesem Buch entsprechend dem Entwicklungsstand ausgewertet wor-
den, den sie bei Abschluß des Manuskripts erreicht hatten. Maßgebend sind die jeweils
neuesten Ausgaben der Normblätter des DIN Deutsches Institut für Normung e. V. im For-
mat A4, die durch den Beuth-Verlag GmbH, Berlin und Köln, zu beziehen sind. Sinngemäß
gilt das gleiche für alle sonstigen angezogenen amtlichen Richtlinien, Bestimmungen, Ver-
ordnungen usw.
Maßeinheiten. Verwendet werden die durch das "Gesetz über Einheiten im Meßwesen" vom
2.7. 1969 und seiner "Ausführungsverordnung" vom 26.6. 1970 eingeführten Einheiten.
Gern. Empfehlung der FN Bau-Arbeitsgruppe "Einheitliche Technische Baubestimmun-
gen" (ETB) sind dies die folgenden Einheiteni):
Kräfte: als Regeleinheit das kN (Kilonewton) = 1000 N (Newton) = 0,001 MN (Mega-
newton); für Werte< 0,1 kN das N; > 1000 kN das MN
Belastung: kN/m; kN/m2
Wichte: kN/m3
Moment: kNm
Spannung: kN/m2; MN/m2 = N/mm2
Hinweise zur Umrechnung von "alten" in "neue" Einheiten und umgekehrt.
Die ETB geht davon aus, daß angesichts der im Bauwesen üblichen großen Sicherheiten die
Erdbeschleunigung genügend genau mit g = 10 m/s2 angenommen werden kann. Gegen-
über der Normfallbeschleunigung gn = 9,80665 m/s2 liegt der Fehler bei Belastungsannah-
men zudem auf der sicheren, bei zulässigen Spannungen zwar auf der unsicheren Seite, ist
aber mit knapp 2% unerheblich. Sie empfiehlt daher folgende Umrechnungen:
1 kN = 100kp = 0,1 Mp
IN = 0,1 kp
IMN =lOOMp
1 N/mm2 = 0,1 kp/mm2 = 10 kp/cm2
1 MN/m2 = 100 Mp/m2 = 10 kp/cm2
1 kp = 10 N = 0,01 kN
1 Mp = 10000N = IOkN = 0,01 MN
I kp/mm2 = 10 N/mm2
1 kp/cm2 = 0,1 N/mm2
1 Mp/cm2 = 0,1 kN/mm2
I Mp/m2 = 0,01 MN/m2
Weiteres hierzu bringt die Zusammenstellung "Größen, Formelzeichen und Einheiten" auf
S.396f.
I) S. DIN-Mitteilungen Bd. 50 (1971) Heft 6 (1. Juni 1971) S. 277.

11. 1 Begriff und Aufgabe der Bodenmechanik
Unter Bodenmechanik versteht man die Lehre von den Kräften im Boden und ihren
Wirkungen. Zum Fachgebiet Bodenmechanik zählen somit die Lehre vom Bau-
grund, seinem Aufbau und seinen Eigenschaften sowie die Lehre von den Span-
nungsverhältnissen, den Formänderungs- und den Festigkeitseigenschaften des Bo-
dens.
Mit der Errichtung eines Bauwerkes wird der Gleichgewichtszustand des Bodens
gestört. Durch die Belastung des Untergrundes wird sich dieser je nach der Art des
Bodens und der Größe der Belastung mehr oder weniger verformen (Setzung).
Wird die Sohlspannung zu groß und die Grenztragfähigkeit überschritten, so sinkt
das Fundament plötzlich in den Boden ein (Grundbruch).
Aufgabe der Bodenmechanik ist es, die Wechselwirkungen zwischen Baugrund und
Bauwerk sachlich und zeitlich zu erfassen, diese - soweit möglich - im voraus zu
berechnen und ggf. Maßnahmen zu treffen, um schädliche Setzungen zu verhindern
bzw. die Standsicherheit zu erhöhen.
Die Bodenmechanik ist eine vergleichsweise junge Wissenschaft und wurde erst im
20. Jahrhundert entwickelt. In früheren Jahrhunderten bildeten überlieferte Erfah-
rungen die Grundlagen für den Entwurf der Gründung; diese wurde meistens über-
dimensioniert. Verfahren hingegen, um die Tragfähigkeit des Baugrundes zu ver-
bessern, waren schon in früher Zeit bekannt. Weiche bindige Böden stabilisierten
die Chinesen bereits vor mehreren tausend Jahren mit ungelöschtem Kalk.
Durch den langsamen Baufortschritt traten Setzungen größtenteils schon während
der Bauausführung auf und konnten - zumindest teilweise - in den oberen Stock-
werken ausgeglichen werden (Schiefer Turm von Pisa, 1173). Die ersten Ansätze
erdstatischer Berechnungen reichen ins 18. Jahrhundert zurück, als der Franzose
Cou 10mb 1733 die "Klassische Erddrucktheorie" begründete.
Die eingehende und systematische Beschäftigung mit dem Baugrund wurde durch
die Entwicklung der modernen und schnellen Baumethoden unerläßlich.
Die Belastung durch das fertige Bauwerk erfolgt heute bereits nach kurzer Zeit, und
die Setzungen treten - besonders bei starkbindigen Böden - zum großen Teil erst
nach Abschluß der Bauarbeiten auf. Die modernen Konstruktionen sind i. allg.
nicht so stark, daß sie gleichmäßige Setzungen für das gesamte Gebäude erzwingen
können. Die Folgen sind Rißschäden, welche die Standsicherheit der Gebäude be-
einträchtigen können. Außerdem sollen die Grundbauwerke so rationell wie mög-
lich ausgeführt werden. Dies ist aber nur möglich, wenn die Eigenschaften des Bau-
grundes und der Einfluß der Belastung auf den Baugrund hinreichend genau erfaßt
sind.
Neue Anwendungsgebiete, wie z. B. der Deponiebau, erfordern ständig neue
Lösungswege. Hierbei ist oft auch eine eingehende Kenntnis in den Teilgebieten In-
genieurgeologie, Felsmechanik, Hydrologie, Geophysik oder Boden- und Felsdyna-
mik unerläßlich. Es lag daher nahe, alle diese Gebiete einschließlich Bodenmecha-
nik und Grundbau unter dem OberbegriffGeotechnik zusammenzufassen.

12. 2 Der Baugrund
Der für bautechnische Zwecke zu erschließende Baugrund umfaßt nur die äußerste
Oberschicht der festen Erdkruste. Er besteht- aus Gesteinen aller Art, die sich
entweder im ursprünglichen Zustand befinden oder umgewandelt, d. h. zertrüm-
mert, verwittert oder umgelagert sind.
Der Baugrund wird nach DIN 1054,4022,4023 und 18196 eingeteilt in Gesteine
(Fels) und Böden, auch Lockergesteine genannt (unverfestigte Ablagerungen oder
Verwitterungsprodukte).
2.1 Geologische Grundlagen
2.1.1 Aufbau der Erde und Erdzeitalter
Die Erde hat die Form eines Rotationsellipsoids. Der Äquatorradius ist mit 6387 km
um rund 21 km länger als die polare Halbachse. Über den Aufbau der Erde liegen
noch keine exakten Aussagen vor. Hilfsmittel zur Erforschung sind die Erdbeben-
wellen. Die vom Erdbebenherd ausgelösten Erschütterungen breiten sich wellen-
artig nach allen Seiten aus.
Zu unterscheiden sind:
P- Wellen (Primärwellen), bei denen die Bodenteilchen in der Fortbewegungsrichtung
schwingen (Longitudinalwellen). Ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist von der Dichte des
Materials und dem Widerstand gegen Zusammenpressung und Formänderung abhängig. Sie
erreichen die Erdoberfläche als erste.
S-Weil e n (Sekundärwellen), bei denen die Bodenteilchen senkrecht zur Fortpflanzungsrich-
tung schwingen (Transversalwellen). Ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist von der Dichte
und dem Formänderungswiderstand des Materials abhängig und nur etwa halb so groß wie die
Geschwindigkeit der P-Wellen.
L- Wellen (Oberflächen-, Rayleigh- oder Love-Wellen), die mit verhältnismäßig gerin-
ger Geschwindigkeit längs der Erdoberfläche laufen und Transversalwellen sind. Sie werden
ausgelöst durch P- und S-Wellen und bewirken die größten Bodenbewegungen.
Nach den L-Wellen werden als letzte die sog. "Nachläufer" registriert.
Ausgehend von der Lage des Erdbebenherdes, der Lage der Meßstelle und der
zeitlichen Verschiebung der einzelnen Wellen kann man Rückschlüsse auf die
Schichtung der Erde ziehen. Sie läßt sich hiernach grob gliedern in Kruste, Mantel
und Kern.
Die Entstehung der Erde kann mit dem Beginn der Abkühlung einer Metallschmel-
ze verglichen werden. Zunächst wird oben die leichte Schlacke (der Erdkruste ver-
gleichbar) abgeschieden. Nach einer Mischungszone (dem Erdmantel vergleichbar)
folgt dann der flüssige Kern (Taf. 2.1; s. auch [21] und [35]).

13. 2.1.1 Aufbau der Erde und Erdzeitalter 13
Tiefe Schichtgliederung Stoffbestand Dichte Zustand Tem- Ge-
Mittel- peratur schwin-
werte digkeit
der
in P-Wellen
in km kg/dm3 = oe in km/s
überkruste
Sial
2.7 5,6
(Granit)
Kruste kristallin
Sima
Unterkruste (Gabbro 3,0 6,5
und Basalt)
35 Mohorovicic-Diskontinuität 1000
200 äußerer Mantel 3,3 8,2
Mantel Übergangszone
Sifema kristallin
(Peridotit) plastisch
900 innerer Mantel 6,7 13,6
2900 Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität 2500
5100 äußerer Kern Nife 9 bis 10 flüssig 8,1
Kern (gediegen
6370 innerer Kern Nickeleisen) 11 bis 13 fest 4000 11,3
Die feste Erdkruste ist dünn und im Vergleich nicht dicker als die Schale eines Apfels
(2.2). Sie wird überlagert von einer Schicht lockerer Sedimente, deren Mächtigkeit
bis zu 6000 m beträgt.
2.2
Schalenaufbau der Kruste
nach Seydlitz
Festländer
Flachländer Faltengebirge
(z.B.NONld.Tief10M) (z.B.Alpen)
,sedimente J"'4km ,sedimente
s'6km
Oberkruste
70"'ISkm
Oberkruste
Conrad-
lO..·20km
/J1JSfp11gk4il
Unterkruste
lO..·ISkm
Hoho/'()viC';~-
lIMhIigI<III
TiMtJ!)- J51!m IJnterkruste
2S..5Skm
Hantel
. Hoho ·
r,m 60-"'10"'"
Hantel
W~{tmeere
Atlant/sener =n. .
Indtfl!her9fuecw /flnererf'rlZlfik
ranti,t er I ik
Mtl&w Wasser
z..· m
Unlerkruste .JI/ollo·
'''IOkm
• Nahe;»
Mantel
Hantel

14. 14 2.1 Geologische Grundlagen
Die Kruste wird unterteilt in überkruste - auch Grundgebirge genannt - und Unterkruste.
Kennzeichnend für die überkruste sind helle, kieselsäurereiche ("saure") Gesteine von der
Art des Granits. Vorherrschende Elemente sind Silizium und Aluminium (Sial). Die Gesteine
der Unterkruste sind schwerer und dunkler; sie nehmen mit der Tiefe immer mehr basischen
Charakter an. Kennzeichnend sind hier Basalt und Gabbro als Gesteine sowie Silizium und
Magnesium (Sima) als Elemente.
Unterhalb der Kruste folgt eine Unstetigkeitsfläche (nach einem jugoslawischen Geophysiker
Mohorovicic-Diskontinuität genannt), kurz auch mit Moho-Schicht oder Moho-Diskontinui-
tät bezeichnet), an der sich die Geschwindigkeit der Erdbebenwellen sprunghaft ändert.
Der Mantel wird in drei Zonen, den äußeren, den mittleren und inneren Mantel, unterteilt.
Aufbau und Zusammensetzung des Mantels sind noch unsicher. Als vorherrschende Elemente
vermutet man Silizium, Magnesium und Eisen (Sifema) und als kennzeichnendes Gestein das
Tiefengestein Peridotit. Der Mantel ist durch die Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität, in
der die Materialeigenschaften sprunghaft wechseln, vom Erdkern abgegrenzt.
Im Erdkern, unterteilt in äußeren und inneren Kern, werden die Elemente Nickel und Eisen
in gediegener Form bzw. wird nach einer anderen Theorie Sonnenmaterie vermutet.
Die Kruste "schwimmt" - einem im Wasser treibenden Eisberg vergleichbar - im plasti-
schen Material des Mantels; sie befindet sich im Gleichgewichtszustand (isostatischer Zu-
stand). Durch Abtragung der Gebirge und Festiänder sowie durch Ablagerungen auf den
Meeresböden wird dieses Gleichgewicht ständig gestört. Die Folge sind Hebungen und Sen-
kungen der Kruste, die dadurch praktisch nie zur Ruhe kommt.
Der zeitliche Ablauf der Veränderungen der Erdoberfläche - insbesondere die Art der
Entstehung und die Entstehungszeit der einzelnen oberflächennahen Fest- und Lockergestei-
ne - wird von der historischen Geologie beschrieben. Sie gliedert die verschiedenen Ge-
steine nach ihrer Entstehungszeit in Formationen (Perioden, Systeme). Übersicht über die
Erdzeitalter s. Tafel 10.5.
2.1.2 Grundbegriffe der Mineralogie
Die Mineralogie ist die Wissenschaft von den Mineralen, ihrer Entstehung, ihren
Eigenschaften, ihrem Vorkommen und ihrer Umwandlung. Minerale (Taf. 2.3) sind
kleinste, homogene, feste Teilchen. Ihre natürliche Form ist der Kristall, ein geome-
trisch regelmäßig aufgebauter Körper mit ebenen Begrenzungsflächen. Die Minera-
le bilden sich bei geologischen Prozessen aus übersättigten Schmelzen oder aus
wässerigen Lösungen.
Nach der Entstehung unterscheidet man
aus dem Magma (Schmelzfluß) entstandene Minerale (magmatische Abfolge) wie z. B. Feld-
spat, Quarz und Glimmer
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 sedi-
mentärer Minerale hervorgegangen sind, wie z. B. Biotit.
Die BauteiIchen der Minerale (Atome, Ionen bzw. Moleküle) sind im dreidimensionalen
Raum regelmäßig angeordnet. Zwischen ihnen wirken atomare, ionare bzw. molekulare Bin-
dungskräfte.

15. 2.1.2 Grundbegriffe der Mineralogie 15
Tafel 2.3 Die wichtigsten gesteinsbildenden Minerale nach Lehmann und Börner
~ Name ehern. Aus- Spalt- Farbe Dichte Härte Vor- Bemcr-
'" Erläuterung bildung barkeit kg/dm' nach kommen kungen
N
Mohs
I Feldspat Alkali-Silikat tafelige ziem- weiß. 2.56 6 magmati- verwittert
z. B. KAISi,O, und lieh auch 2.61 sehe und zu Ton-
säulige gut gefärht metamorphe tnincralcn
Ortho- Kri- Gesteine. (Kaolin)
klas stalle. Sedimente
Plagio- Ca(AI,Si,O~) unregcl-
klas mäßig
körnig
2 Quarz SiO, säulige keine. glasig 2.65 7 z. B. Granit. sehr
(kristallisiert) Kri- split- und Gneis, heständig
stalle. tert weiß. Quarzpor-
meist auch phyr. Quar-
derh gefärht zit. Sand-
od. ge- stein. Kies.
rundet Sand
3 Opal SiO, (amorph) knollig keine. farblos 2.00bis2.20 =6 Opal (Edel- alkalisch
Wasser splittert und stein) empfind-
gefärbt Flintsteine lieh
4 Glimmer sehr 2.78 his 2,88 2bis2,5 sehr ver- dunkler
gut in hreitet in Glimmer
Musko- KAI,[(OH.F), hlättrig. dünnste farhlos magmati- kann
vit AISi,O,o] schup- Blätt- sehen Ge- leicht ver-
(heller pig ehen steinen wittern u.
Glimmer) ergiht
Biotit K (Mg. Fe. tafelig, schvarz- 2,8 bis 3,2 2,5 bis 3 dann Rost-
(dunkler Mn), [(OH. F), blättrig braun flecken;
Glimmer) AISi,Ollll Serizit -
feinster
Glimmer
5 Augit komplizierte kurze zicm- grün- 3.35 bis 3,40 S'j,bis6 magmatisch-
(Pyro- Silikate mit Kri- lieh gut schwarz basische
xen- Ca. Na. Fe. stalle. Gesteine
Gruppe) Mg. AL Ti. 0. meist Umwand-
Si derb lung in
6 Ilorn- komplizierte kurze grün 3.20bis3.22 Sbis6 Inagmati-
Glimmer-
gut
und
blende Silikate mit KristaI- bis sehe und
Chlorit
(Amphi- Na. K. Ca. lc. oft dunkel- mctamor-
bol- Mg. Fe. AL strahlig grün phc Ge-
Gruppe) OH. Si. ° und und steine
faserig schwarz
7 Olivin «Mg. Fe), meist gut gelb. 3.3 6'/: bis 7 magmatisch- verwittert
[SiO,]) körnig auch basische leicht
grünlich Gesteine zu
gefärbt Serpentin
8 Kalkspat CaCO, kristal- sehr weiß. 2.71 bis2.72 3 sehr ver- sehr leicht
lin. gut farblos. breitet. säurclös-
meist aber Kalkstein lieh. auch
körnig auch und durch Hu-
gefärbt Marmor mussüuren
Fortsetzung s. nächste Seite

16. 16 2.2 Gesteine
Tafel 2.3, Fortsetzung
..!l Name chem. Aus- Spalt- Farbe Dichte Härte Vorkommen Bemer-
." Erläuterung bildung barkeit kg/dm3 kungen
N
9 Dolomit CaMg (CO,), Kristal- weniger farblos, 2,90 3Y2bis4 Dolomit säure-
le sel- gut gelb- und in löslich
ten, grau Kalksteinen
meist
körnig
10 Anhydrit CaS04 meist gut weiß- 2,95 3 bis 4 Anhydrit löslich,
körnig grau und einge- treibt
sprengt in durch
Gesteine Wasser-
aufnahme
Reaktion
mit
Zement
11 Gips CaS04· 2H20 Kristal- sehr farblos 2,31 2 eingesprengt löslich
le und gut in Sedimen- reagiert
körnig ten, Gips- mit Ze-
lagerstätten ment, Sul-
fattreiben
12 Tonmine- Al-OH-Sili- sehr nicht weiß 2,20 bis 2,60 Ton, Lehm, Quellen
rale, z. B. kate fein- nach- und Mergel, ver- mit
Kaolin, körnig, weisbar ver- witterte Wasser
Mont- blättrig schie- Gesteine
moril- den
lonit,
Illit u. a.
Die größte Härte haben Kristalle, deren Bausteine Atome sind (Atombindung, Atomgitter),
wie z. B. der Diamant. Es folgen die aus Ionen aufgebauten Kristalle (Ionenbindung, Ionen-
gitter), wie z. B. das Steinsalz. Die geringste Beständigkeit haben Kristalle mit Molekülbin-
dung (Molekülgitter), wie z. B. der Schwefel.
Nach den Festigkeiten innerhalb der räumlichen Anordnung (Raumgitter) sind zu unter-
scheiden
Isometrische Gitter mit gleichen Bindungskräften in allen Hauptrichtungen, wie z.B. der
Quarz; will man ihn spalten, so tritt in allen Hauptrichtungen ein muscheliger Bruch ein
Schichtgitter mit großen Bindungskräften in einer Ebene. Senkrecht dazu wirken nur
geringe Bindungskräfte; diese Materialien, wie z.B. der Glimmer, lassen sich in einer Ebene
leicht spalten
Fasergitter (Kettengitter) mit großen Bindungskräften in einer und geringen Bindungskräf-
ten in den beiden übrigen Richtungen (spaltbar etwa wie Holz).
2.2 Gesteine
Gesteine im Sinne der Bodenmechanik sind die sog. Festgesteine (Fels). Sie stellen
i. allg. einen guten Baugrund dar unter der Voraussetzung, daß die Baugrubensohle
von verwittertem Gestein frei gemacht ist und etwaige Klüfte mit Beton gut ausge-
füllt sind (z. B. Ausspritzen der Felsoberfläche, insbesondere der Spalten und Klüfte

17. 2.2.2 Ablagerungsgesteine (Sedimentgesteine) 17
mit Druckwasser von"" 5 bar Überdruck oder mit einem Preßluft-Wasser-Gemisch,
so daß auch tiefere Schichtflächen, Spalten und Risse erkennbar werden). Klüfte,
die dicht unter der Oberfläche liegen, lassen sich an dem hohlen Ton beim Aufsto-
ßen einer Stoßstange erkennen. Im Einzelfall ist ferner zu prüfen, inwieweit die
Verwitterung der Gesteine durch die Baurnaßnahmen begünstigt wird.
Nach ihrer Entstehung werden die Gesteine in Erstarrungs-, Ablagerungs- und
Umwandlungsgesteine unterteilt.
2.2.1 Erstarrungsgesteine (Eruptivgesteine)
Sie entstehen aus der im Erdinnern vorhandenen GesteinsschmeIze (Magma). Je
nach der Zusammensetzung der Schmelze und der Abkühlungsgeschwindigkeit ent-
stehen andere Kristallisationsbedingungen und damit verschiedenartige Gesteine.
Tiefen- und Ganggesteine. Sie sind in größerer Tiefe und unter hohem Druck lang-
sam erkaltet. Die einzelnen Minerale hatten genügend Zeit, um voll auszukristalli-
sieren.
Granit ist ein fein- bis grobkörniges, kristallinisch gemengtes Gestein, das aus Feldspat,
Quarz und Glimmer besteht.
Syenit besteht aus Feldspat und Hornblende.
Diorit wird nach der grünen, in Form von Nadeln oder Körnern beigemengten Hornblende
auch Grünstein genannt. Außer der Hornblende enthält er noch hellen Feldspat.
Ergußgesteine. Sie sind rasch erkaltet z. B. bei einem Vulkanausbruch. Im Gefüge
finden sich wenig Kristalle früher erstarrter Gemengteile.
Porphyr ist ein kristallinisch gemengtes Gestein, bei dem einzelne größere Mineralkörper in
einer dichten, gleichartigen bis glasartigen Grundmasse abgelagert sind.
Diabas ist dem Diorit ähnlich, aber heller. Er besteht hauptsächlich aus Augit und Feldspat.
Basalt ist ein sehr dichtes, grauschwarz bis blaues Gemenge aus Feldspat, Augit, Olivin und
Eisenmineralen.
Die Eruptivgesteine sind der beste Baugrund. Sie haben die größte Tragfähigkeit
und geben unter den Bauwerkslasten so gut wie nicht nach.
2.2.2 Ablagerungsgesteine (Sedimentgesteine)
Sie entstanden aus Ablagerungen, die sich im Laufe der Zeit verfestigt haben. Der
Vorgang der Verfestigung wird mit Diagenese (Umwandlung loser Sedimente in
feste Gesteine) bezeichnet. Entsprechend den wechselnden Ablagerungsbedingun-
gen sind sie oft geschichtet. Nach der Art der Sedimente unterscheidet man Trüm-
mer-, chemische und organische Sedimente.
Trümmersedimente. Sie sind aus zerkleinerten Trümmern älterer Gesteine aufge-
baut. Die Bindemittel sind kieselig, kalkig oder tonig. Nach der Korngröße werden
sie unterteilt in
grobkörnige Trümmergesteine (Korndurchmesser > 2 mm)
Brekzie besteht aus eckigen Körnern
Konglomerat aus runden Körnern.

18. 18 2.2 Gesteine
mittelkörnige Trümmergesteine (Korndurchmesser 2 bis 0,02 mm)
Sandstein besteht aus Sandkörnchen, die durch nach Art und Menge sehr verschiedene
Bindemittel zusammengekittet sind. Nach der Art der Bindemittel unterscheidet man kieseli-
ge oder Quarzsandsteine, kalkige, tonige, mergelige, eisenhaltige u. a. Sandsteine.
Grauwacke ist farblich bunt, vorwiegend dunke1grau. Die Korngröße schwankt in weiten
Grenzen, so daß sie auch als Bindeglied zwischen der Brekzie bzw. den Konglomeraten und
dem Sandstein angesehen werden kann. Das Bindemittel ist meist kieselig.
feinkörnige Trümmergesteine (Korndurchmesser < 0,02 mm)
Die tonigen Ablagerungen (feinste Teile von verwittertem Feldspat, kieselsaurer Tonerde,
Glimmerschüppchen und Quarz) sind durch Druck verdichtet und geschiefert, d. h. in paralle-
len Schichten spaltbar. Die Schieferung kommt dadurch zustande, daß sich die Minerale der
Gesteine unter der Wirkung des Druckes mit ihrer Längsachse senkrecht zur Druckrichtung
anordnen.
Schieferton, meist grau bis graublau, kann noch mit dem Messer geschnitten werden. Bei
Wasseraufnahme quillt er und zerfällt beim Austrocknen blättrig. Rote, grüne und violette
Schiefertone werden mancherorts Letten genannt; diese Bezeichnung soll jedoch in der Bo-
denmechanik vermieden werden.
Tonschiefer ist stärker verfestigt, hart und quillt im Wasser nicht auf, verwittert aber leicht
an der Oberfläche.
Chemische Sedimente. Sie verdanken ihre Bildung einem chemischen Prozeß und
werden eingeteilt in
Ausfällungsgesteine. Kalkstein besteht aus kohlensaurem Kalk, der zum Teil durch Eisen-
verbindungen, Sand oder dgl. verunreinigt ist.
Dolomit ist eine Doppelverbindung aus kohlensaurem Kalk und kohlensaurer Magnesia.
Eindampfungsgesteine. Gips, Anhydrit, Steinsalz, Kali- und Magnesiumsalze
In Wasser lösliche Gesteine, z. B. Steinsalz, können zur Aufnahme von Bauwerksla-
sten nur dann herangezogen werden, wenn sie vollkommen sicher vor Wasserzutritt
geschützt werden können. Bei tiefreichenden, auslaugbaren Schichten - z. B. Kalk-
tuff - ist die Möglichkeit der unterirdischen Hohlraumbildung zu beachten.
Organische Sedimente. Steinkohle. Aus pflanzlicher Substanz entstehen bei der Umwand-
lung unter Luftabschluß (Inkohlung) zunächst faserig schwammiger Torf und mit steigendem
Druck erdige Braunkohle und schließlich Steinkohle.
Ölschiefer. Aus organischen Weichteilen tierischer Herkunft bzw. pflanzlicher Einzeller
bildet sich Faulschlamm, der bei hohem Druck unter Bildung von festem Bitumen in Ölschie-
fer umgewandelt wird.
Sedimentgesteine sind bei günstiger Lagerung i. allg. ein guter Baugrund.
2.2.3 Umwandlungsgesteine (Metamorphe Gesteine)
Die Bildung der metamorphen Gesteine steht im Zusammenhang mit Bewegungen
der Erdkruste. Umgewandelt sind alle Gesteine, soweit sie durch Bewegungen der
Erdkruste in größere Tiefe gelangten und dort hohem Druck und hohen Temperatu-
ren ausgesetzt und zum Teil auch gleichzeitig von Schmelzen und Lösungen durch-
tränkt wurden.

19. 2.3.1 Entstehung der Böden 19
Gneis enthält neben Feldspat und Quarz noch dunkle Gemengteile. Das ursprüngliche Ge-
stein kann ein Eruptivgestein oder ein Sedimentgestein sein.
Marmor ist ein aus Kalkstein entstandenes mittel- bis grobkörniges Gestein.
Dachsch iefer, ein besonders stark verfestigtes und daher sehr witterungsbeständiges Schie-
fergestein, das wenig Tonminerale enthält, besteht im wesentlichen aus Glimmer und Quarz
und ist durch Graphitbeimengungen oft dunkelgrau bis bräunlichschwarz gefärbt.
Quarzit und Quarzschiefer sind meist hellfarbig, körnig bis dicht und bestehen vorwie-
gend aus Quarz. Ihr Bruch ist grobsplittrig.
Umwandlungsgesteine sind ein sehr guter Baugrund.
2.2.4 Verfahren zum Beschreiben von Fels
Um eine erbohrte Felsprobe zu beschreiben, nimmt man größere Teilstücke, säu-
bert sie in klarem Wasser und führt visuelle und manuelle Prüfungen durch (DIN
4022 Teil 1, 10).
Visuelle Prüfung. Durch Betrachten mehrerer Flächen bestimmt man die Körnigkeit (voll-
körnig, teilkörnig bzw. nicht körnig), die Korngröße, die Porosität (porös, löcherig bzw.
kavernös) und die Farbe.
Manuelle Prüfungen. Sie dienen zum Unterscheiden der nicht mehr mit bloßem Auge
erkennbaren Bestandteile und zur Feststellung der Kornbindung bzw. der Festigkeit und der
Veränderlichkeit im Wasser.
Bestimmt werden:
nicht mehr erkennbare Minerale mit dem Ritz- oder Schneideversuch (eine glänzende Schnitt-
oder Ritzfläche zeigt Tonminerale an, matte oder stumpfe Flächen andere Minerale)
die Kornbindung (mineralische Bindung) bzw. Festigkeit durch Abrieb oder Ritzen mit einem
Stahlnagel oder Messer (schlecht, wenn Abreiben mit Finger möglich; mäßig, wenn Probe mit
Messer leicht ritzbar; gut, wenn schwer ritzbar bzw. sehr gut, wenn nicht ritzbar)
die Veränderlichkeit im Wasser. Hierzu wird eine Probe über Nacht in reines Wasser gelegt
(stark veränderlich, wenn Probe ganz zerfallen und breiig wurde; veränderlich, wenn Probe
zerfallen ist, Einzelteile aber noch fest sind; mäßig veränderlich, wenn nur die Oberfläche
aufgeweicht ist bzw. nicht veränderlich, wenn Probe unverändert blieb).
Weitere Prüfungen gelten dem Kalkgehalt, dem Geruch und der Härtebestimmung der Mine-
rale. Erkundung von Fels als Baugrund s. DIN 4021,6.
2.3 Böden
2.3.1 Entstehung der Böden
Vier Vorgänge führen zur Entstehung der Böden: Zerstörung (Verwitterung) der
Gesteine, Abtragung (Erosion), Transport (Frachtung) und Ablagerung (Sedimen-
tation).
Unter Verwitterung versteht man die Veränderung der Gesteine durch physikali-
sche, chemische und biologische Vorgänge. Während die Gesteine durch physikali-
sche Vorgänge lediglich gespalten und zerkleinert werden (es entstehen Kies, Sand
und Schluff), werden durch chemische sowie biologische Vorgänge die Mineralien
der Gesteine zersetzt, so entsteht z. B. aus Feldspat Ton (s. [21] und [35]).

20. 20 2.3 Böden
Bleiben die Verwitterungsprodukte an Ort und Stelle liegen - wie z. B. die Verwit-
terungsschichten oberhalb der festen Gesteine - spricht man von einem "Boden auf
primärer Lagerstätte". Werden die Böden durch Wind, Eis oder Wasser weiter
verfrachtet und dann abgelagert, spricht man von "Böden in sekundärer Lage".
Durch Wind verfrachtete (äolische) Böden. Diese Böden sind gekennzeichnet durch
eine gleichmäßige Korngröße und einen oft großen Porenanteil. Zu dieser Gruppe
zählen Löß, Flugsand und Dünen.
Löß ist ein angewehter Staubboden mit = 10 bis 20% Kalk und hat meist hellbraune Farbe.
Die vorherrschende Korngröße beträgt 0,01 bis 0,05 mm. Eine Folge des kalkigen Bindemit-
tels ist die große Haftfähigkeit (Kohäsion). Sie geht bei Wassersättigung verloren.
Durch Eis verfrachtete (glaziale) Böden. Infolge der Eigenart der Verfrachtung
durch das Gletschereis ist der Gesteinsschutt nicht nach Korngrößen gestaffelt abge-
lagert. Kennzeichnendes Beispiel dieser Bodenart ist der Geschiebemergel, ein
Gemisch aller Korngrößen von haushohen Blöcken bis zur Korngröße des Tons.
Wegen des starken Eisdruckes sind die glazialen Böden häufig sehr dicht gelagert.
Durch Wasser verfrachtete Böden. Hierbei ist zu unterscheiden zwischen Geröll-
und Schwebfrachtung.
GerÖllfrachtung. Sie stellt eine Art Rolltransport dar. Die Körner bewegen sich
an der Sohle der Gewässer und werden während der Fortbewegung durch Abrieb
zerkleinert und zum Teil abgeflacht. Die vom Wasser bewegte Korngröße ist abhän-
gig vom Gefälle des Flusses und der Wassertiefe. Da das Gefälle der Flüsse von der
Quelle zur Mündung abnimmt, verringert sich auch der mittlere Korndurchmesser
des Geschiebes entlang dem Flußlauf. Kennzeichnend für die durch Geröllfrachtung
transportierten und dann abgelagerten Böden sind die Kiese und Sande. Beide
haben vielfach eine ungleichförmige Kornverteilung.
Sch we bfrach tung. Die feinsten Teilchen des Bodens werden durch die Wirbelbe-
wegungen des Wassers in Schwebe gehalten und zum großen Teil ins Meer transpor-
tiert. Durch das Einwirken des Salzwassers verbinden sich die Schwebteilchen hier
zu Flocken und setzen sich langsam ab. Zu dieser Gruppe zählen die Tonböden.
Tone, Meeresablagerungen feinster Teilchen (marine Tone), sind aus der chemischen Ver-
witterung feldspathaItiger Gesteine hervorgegangen. Reine Tone sind selten; meist sind sie
mit feinstem Abrieb (Schluff) gemischt.
Schlick, ein am Meeresboden in Küstennähe abgelagerter Tonschlamm, ist mit organischen
Stoffen, Schluff und Feinsand gemischt.
Klei, ältere, verfestigte Schlickablagerung, oft gebändert.
Bei Hochwasser nimmt der Schwebstoffgehalt des Wassers zu. Ein Teil der Schweb-
stoffe setzt sich in den überfluteten Talauen meist mit Sand durchsetzt ab.
Auelehm, häufig mit Sand durchsetzte Ablagerungen von Schwebstoffen in den Talauen.
In stehendem Wasser lagern sich die Bodenteilchen in Schichten ab, die nach Korn-
größen getrennt sind.
Bänderton ist ein Sediment eiszeitlicher Gletscherseen. Die Bänderung ist eine Folge der
jahreszeitlich bedingten Schwankungen in der Sedimentzufuhr, so daß der Bänderton neben
Lagen von Ton auch solche von Schluff und Feinsand aufweist.
Lehme und Mergel. Beide sind keine begrifflich klar festgelegten Lockergesteine
wie Sand, Schluff usw.

21. 2.3.2 Physikalischer Aufbau der Böden 21
Lehme sind nach der Kornverteilung sandig schluffige Tone. Nach der Art der
Entstehung unterscheidet man Zersetzungsprodukte wie
Verwitterungslehm ist die oberste Schicht der Zersetzungszone eines festen Gesteins.
Lößlehm ist verwitterter Löß. Der Kalk des Lößes wurde ausgelaugt und der Feldspat
weitgehend zersetzt. Aus dem Feinsand-Schluffgemisch des Lößes entsteht das Feinsand-
Schluff-Tongemisch des Lößlehms.
Nach der Art der Ablagerung bezeichnete Böden sind
Auelehm (s. oben)
Gehängelehm, die sehr feine und gleichkörnige Ablagerung von Verwitterungslehm oder
Anwehung von Lößlehm.
Mergel bezeichnet allgemein Gemenge aus Ton und feinverteiltem, kohlensaurem
Kalk. Das Mengenverhältnis der beiden Bestandteile schwankt in weiten Grenzen.
Je nach dem Kalkanteil spricht man z. B. von Ton, Tonmergel, Mergelton oder Mergel, wobei
der Kalkanteil des Mergels = 35 bis 65% betragen kann.
Mergel erkennt man hauptsächlich daran, daß sie bei Auftropfen von verdünnter Salzsäure
aufbrausen. Ihre Konsistenz ist meist steif, die Farbe unterschiedlich, vielfach grau bis gelb-
lich.
Organische Böden. Sie können vollkommen aus organischen Substanzen bestehen
oder besitzen organische Stoffe als Beimengungen. Unter organischer Substanz ver-
steht man die im Boden angehäuften Überreste pflanzlichen und tierischen Ur-
sprungs. Infolge biologischer, chemischer und physikalischer Einflüsse sind die Re-
ste einer Umwandlung unterworfen. Diese führt zur Bildung von Humus, Torf und
Faulschlamm.
Humus entsteht durch Vermodern von Pflanzen (Zersetzung unter mangelnder Luftzufuhr).
Er findet sich im Mutterboden, der neben Humus noch Bakterien und Kleinlebewesen ent-
hält.
Torf entsteht durch Zersetzung von Pflanzen und ist ein Übergangsglied zwischen der rohen
Pflanze und der Braunkohle. Torf wird in Mooren angetroffen.
Faulschlamm ist feinkörniger, grau bis tiefschwarzer Schlamm. Er bildet sich besonders in
stehenden Gewässern, z. B. in Altarmen von Flüssen, durch Anhäufung abgestorbener klein-
ster Wassertiere und Pflanzen, die sich mit feinsten mineralischen Teilchen mischen. Bei
langsam oder nur zeitweilig durchflossenen Altarmen bilden sich als Folge wechselnder Abla-
gerungsbedingungen vielfach Faulschlammlinsen, die in schluffige bis feinsandige Ablagerun-
gen eingebettet sind.
2.3.2 Physikalischer Aufbau der Böden
Der Boden ist kein homogenes Material; er setzt sich zusammen aus fester Masse
und Hohlräumen (Poren). Feste Masse sind die Körner der Minerale. Von ihrer
Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit hängen die Strukturbildung, Plastizi-
tät, Kapillarität, Durchlässigkeit und der Beiwert der inneren Reibung ab. Die
Körner der Kiese und Sande sind durch mechnische Zertrümmerung der Gesteine
entstanden. Sie haben gedrungene Form und sind mit bloßem Auge erkennbar. Die
Teilchen des Rohtons dagegen entstanden durch Verwitterung von Feldspaten und
haben meist blättchen- oder stäbchenförmige Gestalt. Ihre Größe ist 0 < 0,002 mm;
sie sind also mit dem Auge nicht mehr erkennbar. Während die Körner der Kiese

22. 22 2.3 Böden
und Sande sich im Wasser nicht verändern, quellen die Teilchen (Kolloide!» des
Rohtons bei Wasseraufnahme und schrumpfen bei Wasserabgabe. Ferner treten bei
kleinen Körnchen « 0 0,06 mm) durch die Berührung mit Wasser Oberflächen-
kräfte auf. Diese Kräfte wachsen mit der Kornfeinheit und bewirken ein Aneinan-
derhaften der Körnchen (Kohäsion). Die "Bindungen" der Körnchen sind für die
Beurteilung der Böden so entscheidend, daß man sie in bindige und nichtbindige
Böden einteilt.
Nichtbindige (rollige) Böden (s. auch Abschn. 7.3.1). Die gedrungenen Körner der
Kiese und Sande bilden ein loses Haufwerk mit Einzelkorngefüge (2.4a). Sie stützen
sich gegenseitig ab. In den Berührflächen wirken lediglich Reibungskräfte.
2.4
Struktur der Erdstoffe nach Terzaghi
a) Einzelkorngefüge
b) Ketten- oder Wabengefüge
a) b) c) c) Flockengefüge
Bindige Böden (s. auch Abschn. 7.
3.2). Sie haben je nach Wassergehalt und chemi-
scher Zusammensetzung plastische Eigenschaften. In den Berührflächen der Körner
wirken hier neben Reibungskräften Kohäsionskräfte (Haftkräfte). Die Kohäsion
beruht auf der Attraktion (Anziehungskraft) der hygroskopischen2) Wasserhüllen,
die die Körner umschließen und unter Unterdruck stehen (s. Bild 2.15). Infolge der
Kohäsion nehmen die Teilchen der bindigen Böden beim Absetzen in Wasser nicht
die tiefste Lage ein, es bildet sich vielmehr eine Wabenstruktur aus (2.4 b). Eine
Flockenstruktur entsteht, wenn die Schwebstoffe zunächst ausflocken und sich
dann absetzen (2.4c). Vom Korngefüge hängt der Porenanteil und damit das Maß
der Setzung wesentlich ab.
2.3.3 Benennung und Einteilung der Böden
2.3.3.1 Benennung der Bodenarten nach Korngrößen
Unterschieden werden anorganische (mineralische), organogene und organische
Bodenarten (s. Taf. 2.7).
Die anorganischen Böden werden in der Bodenmechanik einheitlich nach dem
Korngrößenbereich der Bodenart bezeichnet (Taf. 2.5, 2.7). Bei zusammengesetzten
Bodenarten sind die Beimengungen zusätzlich anzugeben. Diejenige Bodenart, die
gewichtsmäßig am stärksten vertreten ist, oder jene, die den Charakter der Boden-
art kennzeichnet (Hauptanteil), wird durch ein Hauptwort, Beimengungen (Neben-
anteile) werden durch Eigenschaftswörter bezeichnet. Hauptanteil und Nebenanteil
können aus der Körnungslinie abgelesen werden (s. Abschn. 4.1).
Böden mit plastischen Eigenschaften werden auch bindige Böden genannt.
Eine abweichende Benennung erhält man beim Eingruppieren der Böden mit dem
Dreiecknetz (2.6). Neben den Bezeichnungen Sand, Schluff und Ton enthält dieses
Netz. das in anderen Ländern häufig angewendet wird, noch die Bezeichnung Lehm.
1) kolloidal = gestaltlos, leimartig
2) Hygroskopizität = Anlagerung von Wasser an feinste Bodenteilchen

23. 2.3.3 Benennung und Einteilung der Böden 23
Tafel 2.5 Einteilung der Böden nach Korngrößen nach DIN 4022 BI. 1,6.11 und 8.11
Benennung Korngröße in mm Bemerkungen
Kies > 2 bis 63 kleiner als Hühnereier
größer als Streichholzköpfe
Grobkies > 20 bis 63 kleiner als Hühnereier
größer als Haselnüsse
Mittelkies > 6,3 bis 20 kleiner als Haselnüsse
größer als Erbsen
Feinkies > 2 bis 6,3 kleiner als Erbsen
größer als Streichholzköpfe
nicht-
Sand > 0,06 bis 2 kleiner als Streichholzköpfe, bindige
Siebkorn bis zur Grenze des noch mit Böden
dem bloßen Auge erkenn-
baren Kornes
Grobsand > 0,6 bis 2 kleiner als Streichholzköpfe
größer als Grieß
Mittelsand > 0,2 bis 0,6 gleich Grieß
Feinsand > 0,06 bis 0,2 kleiner als Grieß, aber das
Einzelkorn noch mit dem
bloßen Auge erkennbar
Schluff > 0,002 bis 0,06
Grobschluff > 0,02 bis 0,06
Schlämm- Mittelschluff > 0,006 bis 0,02 Einzelkörner mit bloßem bindige
korn Feinschluff > 0,002 bis 0,06 Auge nicht mehr erkennbar Böden
Feinstkorn ~ 0,002
oder Ton
Ausgangswerte sind die Anteile des Bodens an Sand, Schluff und Ton, die aus der
Körnungslinie abgelesen werden.
Beispiel Ein Boden enthält 30% Sand,
20% Schluff und 50% Ton. Er wird durch
den Punkt S gekennzeichnet und ist als Ton
anzusprechen.
Reine organische Bodenarten (z. B.
Torf) werden nach dem Grad der Zer-
setzung bezeichnet. Mudden sind Bo-
denarten mit nennenswertem organi-
schem Anteil der Korngrößenbereiche
Schluff und Ton.
2.6
Dreiecknetz zur Bodenklassifizierung nach
Public Roads Administration
2.3.3.2 Bodengruppen (Bodenklassifikation nach DIN 18196, Taf. 2.7)
Diese Bodenklassifikation wurde aufgestellt, um Bodenarten. für bautechnische
Zwecke in Gruppen mit annähernd gleichem stofflichem Aufbau und ähnlichen

24. Tafe127
ßodenk1assilikation
für
bautechnische
Zwecke
(nach
DIN
18196),
Fortsetzung
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-
.
-
-
,
+0
--'--1--·+0
Die
Spalten
10
his
21
enthalten
ab
grobe
Leitlinie
Hinweise
auf
hautechnische
Eigenschaften
und
auf
die
bautechnische
Eignung
nebst
Beispielen
in
Spalte
lJ.
Diese
Angaben
sind
keine
normativen
Fcstlcgungen
Der
üuerbalken
für
die
KurzLeichen
lJ
und
T
oder
das
danebengestellte
*-Symbol
darf
entfallen.
N
0
Unter
Mitvirkung
von
Organismen
gebildete
Böden.
I
N
Grel1:1wcrte
für
Kornung~linien:
E,
enggestuft
hei
lJ<
{)
und
Ce
beliebig;
W.
weitgestuft
bei
U::=:
n
und
Ce
=
I
his:3;
L
intermittierend
geslult
bei
U
2:
n
und
Ce<
1
oder>
3.
W
Einstufung
feinkörniger
Hoden:
L
1cichtplastisch
bei
wL
<
35%:
M
mittelplastisch
bei
wL
=
35
bi~
50%;
A
ausgeprägt
plastisch
hei
~vL
>
50'V".
Forts.
s.
S.
27.
tp
0'
Cl..
(1)
:;

27. 2.3.3 Benennung und Einteilung der Böden 27
Legende zu Tafel 2.7, Bedeutung der qualitativen und wertenden Angaben
Spalte 10 Spalte 11 Spalten 12 bis 15 Spalten 16 bis 21
-- sehr gering -- sehr schlecht -- sehr groß -- ungeeignet
- gering - schlecht - groß - weniger geeignet
-0 mäßig -0 mäßig -0 groß bis mittel -0 mäßig brauchbar
0 mittel 0 mittel 0 mittel 0 brauchbar
+0 groß bis mittel +0 gut bis mittel +0 gering bis mittel +0 geeignet
+ groß + gut + sehr gering + gut geeignet
++ sehr groß ++ sehr gut ++ vernachlässigbar klein ++ sehr gut geeignet
bodenphysikalischen Eigenschaften zusammenzufassen. Die Kennzeichnungen sind
den international üblichen Bezeichnungen angepaßt. Zum Erkennen der Boden-
gruppen dienen die in Abschn. 2.3.3.1 u. 2.3.3.5 erläuterten Verfahren.
2.3.3.3 Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (Taf. 2.8)
Diese Einteilung gilt für Erdarbeiten, also für das Lösen, Laden, Fördern, Einbauen
und Verdichten von Böden und Fels. Die Einstufung in Klassen erfolgt nach ihrem
Zustand beim Lösen. Oberboden (Mutterboden) bildet im Hinblick auf seine beson-
dere Behandlung eine eigene, von seinem Zustand beim Lösen unabhängige Klasse.
S. auch [60].
Tafel 2.8 Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 und ihre ergänzende Beschreibung nach
7.TVF:-S1B 93 (/0'/1111"111"/) [oOa] (KlIl"::::::cich('// gl'lII. Taf. 2.7)
Klasse I: Oberboden
Oberste Schicht des Bodens, die neben anorganischen Stoffen, z. B. Kies-, Sand-, Schluff-
und Tongemischen, auch Humus und Bodenlebewesen enthält.
Klasse 2: Fließende Bodenarten
Bodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasser schwer
abgeben.
Hierzu gehören bei entsprechender Beschaffenheit:
- organische Böden der Gruppen HN, HZ und F;
- feinkörnige Böden der Gruppen UL, UM, UA, TL, TM, TA sowie organogene Böden und
Böden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU, OT, OH und OK, wenn sie eine
breiige oderflüssige Konsistenz (Ie:S 0,5) haben;
- gemischtkörnige Böden der Gruppen SU*, ST*, GU* und GT*, wenn sie eine breiige oder
flüssige Konsistenz haben und ausfließen.
Das Ausfließen von grobkörnigen Böden der Gruppen SW, SI, GW, GI und GE beim Lösen ist
kein kennzeichnendes Kriterium.
Klasse 3: Leicht lösbare Bodenarten
Nichtbindige bis schwachbindige Sande, Kiese und Sand-Kies-Gemische mit bis zu 15%
Beimengungen an Schluff und Ton (Korngröße < 0,06 mm) und mit höchstens 30% Stei-
nen von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m3 Rauminhalt*).
Organische Bodenarten mit geringem Wassergehalt (z. B. feste Torfe).
Fortsetzung s. nächste Seite

28. 28 2.3 Böden
Tafel 2.8, Fortsetzung
Hierzu gehören:
- grobkörnige Böden der Gruppen SW, SI, SE, GW, GI und GE;
- gemischtkörnige Böden der Gruppen SU, ST, GU undGT;
- Torfe der Gruppen HN mit geringem Wassergehalt, soweit sie beim Ausheben standfest
bleiben.
Klasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten
Gemische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit mehr als 15% der Korngröße kleiner als
0,06 mm. Bindige Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität, die je nach Wassergehalt
weich bis halbfest sind, und die höchstens 30% Steine von über 63 mm Korngröße bis zu
0,01 m3 Rauminhalt*) enthalten.
Hierzu gehören bei entsprechender Beschaffenheit:
- feinkörnige Böden der Gruppen UL, UM, TL undTM;
- gemischtkörnige Böden der Gruppen SU*, STolo, GU* undGT*.
Klasse 5: Schwer lösbare Bodenarten
Bodenarten nach den Klassen 3 und 4, jedoch mit mehr als 30% Steinen von über 63 mm
Korngröße bis zu 0,01 m3 Rauminhalt*).
Nichtbindige und bindige Bodenarten mit höchstens 30% Steinen von über 0,01 m3 bis
0,1 m3 Rauminhalt*).
Ausgeprägt plastische Tone, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind.
Hierzu gehören bei entsprechender Beschaffenheit:
feinkörnige Böden der Gruppen UA, TA und OT.
Klasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten
Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt haben, jedoch stark
klüftig, brüchig, bröckelig, schiefrig, weich oder verwittert sind, sowie vergleichbare feste
oder verfestigte bindige oder nichtbindige Bodenarten (z. B. durch Austrocknung, Gefrie-
ren, chemische Bindungen).
Nichtbindige und bindige Bodenarten mit mehr als 30% Steinen von über 0,01 m3 bis
0,1 m3 Rauminhalt.
Hierzu gehören:
Fels, der nicht den Kriterien der Klasse 7 entspricht.
Bodenarten der Klassen 4 und 5 mitfester Konsistenz.
Wird zur Erleichterung des Lösens durch Bohr- oder Sprengarbeit gelockert. ändert sich die
Einstufung nicht.
Klasse 7: Schwer lösbarer Fels
Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hohe Gefügefe-
stigkeit haben und die nur wenig klüftig oder verwittert sind.
Festgelagerter, unverwitterter Tonschiefer, Nagelfluhschichten, Schlackenhalden der Hüt-
tenwerke und dergleichen.
Steine von über 0,1 m3 Rauminhalt*).
Hierzu gehören:
angewitterter und unverwitterter Fels mit Kluftkörpern, deren Rauminhalt mehr als 0,01 m3
beträgt.
Schlackenhalden gehören zu dieser Klasse nur, soweit es sich um verfestigte Schlacken handelt.
Wird zur Erleichterung des Lösens durch Bohr- oder Sprengarbeit gelockert, ändert sich die
Einstufung nicht.
*) 0,01 m3 Rauminhalt entspricht einer Kugel mit = 0,3 m 0
0,1 m3 Rauminhalt entspricht einer Kugel mit = 0,6 m 0

29. 2.3.3 Benennung und Einteilung der Böden
2.3.3.4 Einteilung der Böden nach ihrer Belastbarkeit nach DIN 1054
DIN 1054 (s. Abschn. 7.3) unterscheidet:
29
nach der Art der Ablagerung gewachsene (durch einen abgeklungenen erdgeschichtlichen
Prozeß entstandene und somit unter der Eigenlast bereits konsolidierte) und geschüttete
Böden
nach der Bodenart nichtbindige-, bindige- und organische Böden. Kriterium für die Zuord-
nung der gemischt-körnigen Böden zu den bindigen bzw. nichtbindigen Böden ist ihr Ge-
wichtsanteil an Korngrößen < 0,06 mm (dis< 0,06 mm ~ bindig; dis s;; 0,06 mm ~ nicht-
bindig). Als organische Böden gelten hier nichtbindige Böden mit s;; 3% bzw. bindige Bö-
den mit s;; 5% organischer Beimengung.
2.3.3.5 Erkennen der Bodenarten auf der Baustelle (Feldversuche)
Angewendet werden visuelle und manuelle Verfahren (DIN 4022 T 1,8 und DIN
18196,4).
Bestimmung der Korngröße
Böden im Kies- und Sandkornbereich. Die Korngrößenansprache erfolgt entspre-
chend den Angaben in der Spalte: Bemerkungen der Tafel 2.5 oder durch Vergleich mit Hil-
fe einer Kornstufenschaulehre.
Gemischtkörnige Böden. Hier ist der feinkörnige Anteil bei einer kleinen Probe auszu-
waschen (Auswaschversuch). Beschreibung des Grobkornanteils wie oben. Dauer und
Intensität des Auswaschvorganges geben Hinweise auf Art und Anteil des Feinkorns.
Schluff und Ton werden durch folgende Versuche erkannt:
Trockenfestigkeitsversuch. Er gibt Hinweise auf die Plastizität des Bodens und damit
auf das Verhalten als Schluff oder Ton. Ermittelt wird der Widerstand (Trockenfestigkeit
Tf) einer an der Luft, an der Sonne oder im Ofen getrockneten Probe gegen Zerbröckeln
oder Pulverisieren zwischen den Fingern. Keine Tf: der getrocknete Boden zerfällt ohne
oder bei geringster Berührung in ein Haufwerk von Einzelkörnern (z. B. G, S, Gs), niedrige
Tf: der getrocknete Boden zerfällt bei leichtem bis mäßigem Fingerdruck (z. B. U, Ufs, fSii,
Gii), mittlere TF: die getrocknete Probe zerbricht erst bei Anwendung eines erheblichen
Fingerdrucks in einzelne, noch zusammenhängende Bruchstücke (z. B. Gi, Si, Ut), hohe Tf:
die getrocknete Probe ist durch Fingerdruck nicht zu zerstören. Sie läßt sich lediglich zwi-
schen den Fingern zerbrechen (z. B. T, Tu, Ts, Gis).
Schüttelversuch. Ermittelt wird die für schluffige Böden charakteristische Empfindlich-
keit gegen Schütteln. Eine nußgroße, genügend feuchte Probe (falls erforderlich vorher an-
feuchten und durchkneten) wird aufder flachen Hand hin- und hergeschüttelt. Tritt dabei an
der Oberfläche Wasser aus, so wird diese glänzend. Durch Fingerdruck verschwindet es wie-
der. Mit zunehmendem Fingerdruck krümelt die Probe. Diese Krümel fließen bei erneutem
Schütteln wieder zusammen und der Versuch kann wiederholt werden. Nach der Reaktions-
zeit mit der das Wasser erscheint und verschwindet gilt: schnelle Reaktion, wenn der Vor-
gang sehr rasch abläuft (z. B. fs, fSu, Ufs, Gu); langsame Reaktion, die Wasserhaut bildet
sich und verschwindet nur langsam (z. B. Ut, U, St); keine Reaktion bei Tonen (z. B. Tu, T).
Knetversuch. Er gibt Hinweise auf die Plastizität (PI). Eine weiche (ggf. zubereitete) nuß-
große Probe wird zu Walzen von 3 mm ausgerollt, wieder zu einem Klumpen geformt und
erneut ausgerollt. Durch die ständige Wasserabgabe wird die Probe steifer und zerbröckelt
schließlich beim Ausrollen. Die Probe kann nun nicht mehr ausgerollt sondern nur noch
geknetet werden. Leichte Plastizität PI, wenn aus den Walzen kein zusammenhängender
Klumpen gebildet werden kann (z. B. TI, U), mittlere PI, wenn sich der gebildete Klumpen
nicht mehr kneten läßt, da er unter Fingerdruck sofort zerkrümelt (z. B. Ut, Ts'), ausge-

30. 30 2.3 Böden
prägte PI, wenn sieh der gebildete Klumpen - ggf. auch unter Anwendung eines erhöhten
Fingerdrucks - kneten läßt ohne zu zerbröckeln (z. B. T).
Rei beversuch. Er dient zum Abschätzen der Anteile an Sand, Schluff und Ton des Bo-
dens. Man zerreibt eine kleine Probe zwischen den Fingern, ggf. unter Wasser. Toniger Bo-
den fühlt sieh seifig an, bleibt an den Fingern kleben und kann nur durch Abwaschen ent-
fernt werden, schluffiger Boden fühlt sich weich und mehlig an und kann in trockenem Zu-
stand durch Händeklatschen oder durch Fortblasen entfernt werden, den Sandkornanteil
erkennt man an der Rauhigkeit bzw. am Knirschen und Kratzen.
Schneideversuch. Er dicnt zur Unterscheidung von Schluff und Ton. Die Schnittfläche
durch eine feuchte Probe ist bei Ton glänzend, bei Schluff und bei tonig sandigem Schluff
mit geringer Plastizität stumpf.
Riechversuch. Er gibt Hinweise aufdic Natur des Bodens (organisch bzw. anorganisch).
Organische Böden haben in frischem, feuchtem Zustand einen modrigen Geruch, trockene
anorganische Böden nach Anfeuchten einen erdigen Geruch.
Ausquetschversuch zur Beurteilung des Grades der Zersetzung von Torf. Ein nasses
Torfstück wird in der Faust kräftig gequetscht. Bei nicht bis mäßig zersetztem Torf geht nur
klares bis trübes Wasser zwischen den Fingern hindurch, bei stark bis völlig zersetztem Torf
jedoch ein großer Teil oder nahezu die gesamte Torfmasse (trockener Torf zeigt erhebliche
Anteile von guterhaltenen bzw. überwiegend nicht mehr erkennbare Pflanzenreste).
Farbansprache ähnlich den Angaben in Spalte Farbe, Tafel 2.3. Zur eindeutigen Kenn-
zeichnung wird z. Z. eine für Boden und Fels geeignete Auswahl von Farbmustern auf der
Grundlage des natürlichen Farbsystems vorbereitet. Beachte: die wirkliche Farbe läßt sich
nur bei Tageslicht und an frischen Bruchflächen erkennen. Farbänderungen unter Einfluß
der Luft sind zu beschreiben. Eine dunkle Färbung zeigt oft organische Beimengungen (in
reinen Mineralböden kann diese auch durch Mangan- oder Eisenverbindungen entstehen.
Eisenoxidulverbindungen bewirken eine grünliche Färbung, Eisensalze eine gelbe bis brau-
ne Färbung, helle Farben zeigen humusfreie Quarz und Kalksandböden sowie Bleicherde-
böden (hier sind die farbgebenden Bestandteile ausgelaugt) an.
Kalkgehaltsbestimmung s. Abschn. 4.2, Bestimmung der Konsistenz s. Abschn. 4.R.
2.3.4 Allgemeine Beurteilung der Böden
2.3.4.1 Böden als Baugrund
Nichtbindige Böden. Sie geben bei mitteldichter bis dichter Lagerung und ausrei-
chender Schichtdicke guten Baugrund ab; sie sind jedoch nicht zugfest und erst in
tieferen Lagen etwas schubfest, da hier mit der Überlagerungshöhe die Kornreibung
zunimmt. Die Setzungen sind unter statischen Belastungen gering. Dagegen können
bei dynamischer Belastung (Maschinengründungen) namentlich bei lockerer Lage-
rung - größere Setzungen auftreten (s. Abschn. 4.7.1). Künstliche Verdichtung
wäre in diesem Fall erforderlich. Da das Porenwasser unter Druck leicht entweicht,
treten die Setzungen bald nach der Belastung ein.
Unter Grundwasser können Feinsand und Schluff zu Fließsand (Schwimmsand)
werden, wenn sie durch Wasserüberdruck, z. B. beim Auspumpen einer Baugrube,
oder durch Wasserströmung aufgelockert werden und in Bewegung kommen. Die
Gefahr ist besonders groß, wenn bei Baugruben im Grundwasser das Wasser in der
Sohle der Grube aufsteigt (hydraul. Grundbruch, s. Abschn. 6.6.4).

31. 2.3.4 Allgemeine Beurteilung der Böden 31
Bindige Böden. Die Zustandsform bindiger Böden (breiig, weich, steif, halbfest
oder fest) und damit die Tragfähigkeit ist vom Wassergehalt des Bodens abhängig.
Bindiger Boden muß daher grundsätzlich vor Wasserzutritt geschützt werden. Als
Maßnahmen sind zu nennen: Abfangen des Tag- und Sickerwassers in Gerinnen und
Sickerleitungen, Dränen der Baugrubensohle, Umschließen des Bauwerks mit
Spundwänden usw. Andererseits sind feuchte Böden vor dem Austrocknen zu
schützen, da durch das Schrumpfen des Bodens Setzungen der Gebäude ausgelöst
werden. Ferner wird durch die Bildung von Schrumpfrissen im Boden ein späterer
Wassereintritt besonders begünstigt.
Infolge der größeren Hohlräume (Wabenstruktur) setzen sich stark bindige Böden
unter Belastung i. allg. merklich. Die Setzungen verteilen sich über lange Zeit, sogar
über Jahrzehnte, da das Porenwasser aus den feinen Poren nur langsam entweicht.
Während der Konsolidierung steht das Porenwasser wassergesättigter, bindiger Bö-
den unter Spannung. Im Grenzfall kann die gesamte Bauwerkslast vom Porenwasser
getragen werden. Dabei wirken im Boden keine oder nur geringe Reibungskräfte,
und bei plötzlicher Belastung besteht Gefahr eines Grundbruchs.
Die Eigenschaften bindiger Böden werden in starkem Maße durch den Feinstkorn-
anteil bestimmt. Die Böden werden daher unterteilt in stark bindige und schwach
bindige Böden.
Stark bindige Böden haben einen hohen Tonanteil. Sie nehmen Wasser nur
schwer auf und geben es nur langsam ab. Eine Änderung der Zustandsform erfolgt
erst nach größerer Wasseraufnahme. Diese Böden bilden praktisch wasserundurch-
lässige Schichten.
Schwach bindige Böden haben einen kleinen Schluff- bzw. Tonanteil. Sie än-
dern ihre Zustandsform schon bei geringer Änderung des Wassergehalts, sie sind
daher wasserempfindlich, leicht aufweichbar und besonders rutschgefährdet.
Bindige Böden von steifer Konsistenz stellen i. allg. einen mittelmäßigen Baugrund
dar.
Schluff ist ein schwieriger Baugrund. Eine geringe Änderung des Wassergehaltes genügt
bereits, seine Konsistenz zu ändern. Zudem läßt er sich nur schwer entwässern.
Löß zeigt zumeist geringere Setzungen als Lößlehm. Beide sind, wie auch weitere schwach
bindige Böden, frostempfindlich.
Lehme sind unterschiedlich zu beurteilen. Die jungen Auelehme haben meist geringe Lage-
rungsdichte und sind oft stark zusammendrückbar. Geschiebelehme stellen dagegen bei gro-
ßer Mächtigkeit einen mittelmäßigen bis guten Baugrund dar.
Weiche und sehr weiche Tone sind insbesondere bei wechselnder Mächtigkeit als schlechter
Baugrund zu bewerten.
Organische Böden. Torf und Faulschlamm stellen keinen tragfähigen Baugrund
dar. Die Lasten müssen auf tragfähige tiefer liegende Schichten abgesetzt werden.
Bei großer Mächtigkeit der nicht tragfähigen organischen Schichten ist eine Bebau-
ung mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand meist nicht möglich.
Mutterboden (Oberboden) enthält in hohem Maße organische Bestandteile. Die-
se sind Umwandlungen unterworfen, wodurch sich Hohlräume bilden können. Mut-
terboden scheidet daher als Baugrund aus und ist abzuräumen.
An- und AutTüllungen. Sie bilden je nach Alter und Lagerungsdichte einen schlech-
ten bis mäßigen Baugrund. Auch wenn sie maschinell gestampft oder auf andere

32. 32 2.4 Die Schichtung des Baugrunds
Weise verdichtet sind, ist Vorsicht geboten. Insbesondere ist zu prüfen, ob die
Verdichtung gleichmäßig erfolgte und bis in die erforderliche Tiefe hinabreicht
(s. Abschn. 4.7.3).
2.3.4.2 Böden als Baustoff
Nichtbindige Böden. Als Dammbaustoff (Schüttmaterial) sind nichtbindige Böden
uneingeschränkt verwendbar. Sie lassen sich gut verdichten und besitzen ein
Höchstmaß an Scherfestigkeit. Nach den Ausführungen der ZTVE ist für die Hin-
terfüllung und Überschüttung von Bauwerken nichtbindiger Boden vorgeschrieben.
Felsige und grobkörnige Böden sind ebenfalls gute Dammbaustoffe.
Da sie sich aus Mangel an Feinanteilen nur hohlraumreich verdichten lassen, dürfen sie bei
Straßendämmen nur bis 2 munter Fahrbahnoberkante eingebaut werden. Darüber ist derarti-
gen Böden das zum Schließen ihrer Grobporen erforderliche Feinkorn beizugeben. Der Über-
gangsbereich ist so aufzubauen, daß das Feinkorn nicht nach unten abwandern kann. Sind
grobkörnige Böden witterungsunbeständig, so dürfen sie lediglich hohlraumarm eingebaut
und dabei verdichtet werden.
Feinsandige Böden sind i. allg. nur beschränkt geeignet.
Bindige Böden. Die Verdichtungsfähigkeit bindiger Böden ist vom Wassergehalt
abhängig (s. Proctor-Versuch, Abschn. 4.7.2). Bindiger Boden ist daher bei Gewin-
nung, Lagerung und Einbau vor Wasserzutritt zu schützen.
Bei Dämmen erhalten die jeweiligen Schüttflächen ein Seitengefälle von ~ 6%. Eingebaute
Massen sind sofort zu verdichten. Bei Unterbrechung der Arbeit oder wenn Niederschläge zu
erwarten sind, ist die Schüttung glattzuwalzen, damit das Wasser abfließen kann.
Allgemein kann gesagt werden, daß die Verwendbarkeit bindiger Böden mit einer Konsi-
stenzzahl Ic < 0,75 ohne Verbesserung nur gering ist.
Eine Verbesserung kann durch folgende Maßnahmen erzielt werden:
Verringerung des Wassergehalts durch eine Zwischenlagerung bei günstiger Witterung
Stabilisieren mit Kalk (hierbei wird die Struktur des Bodens verbessert und der Wassergehalt
verringert)
Einrütteln von Grobkorn (Steinen) bei leichtplastischen Böden
Bindige Böden mit Konsistenzzahlen Ie < 0,25 sind ungeeignete Dammbaustoffe.
Bei den schluffigen Böden - insbesondere beim Löß - sind die Böschungen durch Erosion
gefährdet.
Organische Böden. Als Schüttmaterial sind organische Böden nicht geeignet.
2.4 Die Schichtung des Baugrunds
2.4.1 Ursachen der heutigen Schichtung
Das Bild der Erdoberfläche, wie es sich derzeit anbietet, ist das Ergebnis eines über
Jahrmillionen hinziehenden Prozesses. Wirksam waren hierbei tektonische (gebirgs-
bildende) Kräfte, Verwitterungen, Erosionen, Sedimentationen und der Mensch
[21] und [35].

33. 2.4.1 Ursachen der heutigen Schichtung 33
Über die Ursache der tektonischen Kräfte gibt es bisher lediglich Theorien.
Nach der Kontraktions- oder Schrumpfungstheorie sind die mit der Abkühlung ver-
bundenen Vertikalbewegungen (Schrumpfungen) die Ursache der Deformationen.
Die Kontinentalverschiebungstheorie sieht die Ursache in der Polfluchtkraft und der
Gezeitenwirkung. Als Folge dieser Kräfte spalteten sich von einem Urkontinent die heutigen
Erdteile ab und trifteten auseinander. Hierbei haben sich an den Stirnseiten Faltengebirge
aufgestaucht.
Als Folge der tektonischen Vorgänge treten horizontale und vertikale Spannungen auf, die
zu Verschiebungen, Verwerfungen (2.9a), Faltungen (2.9b), Beulungen und Neigung der
Schichten führten. Daher findet man die älteren Schichtgesteine kaum noch in waagerechter
Lagerung. Die so gebildeten Erhebungen wurden durch Verwitterung und Erosion abgetra-
gen, das Material in Mulden sowie Senken abgelagert und z. T. erneut verfestigt. Diese
Vorgänge sind bis heute noch nicht abgeschlossen.
2.9
Auswirkungen tektonischer
Kräfte
a) Verwerfung, b) Faltung
In neuerer Zeit hat auch der Mensch die Schichtung des Baugrundes geändert. Zu nennen
sind hier der Grubenbetrieb und die Anlage von Teichen und Wassergräben, die später
verlandeten (Faulschlammbildung) und überschüttet wurden. Ferner sind die Flußbaumaß-
nahmen zu erwähnen, welche oft zur Verlandung von ehemaligen Wasserflächen führten.
Streichen und Fallen kennzeichnen die Stellung einer geologischen Trennfläche (z. B.
Schichtfläche) im Raum (2.10).
Streichen ist die Richtung der Horizontallinie (Verbindungsgerade höhengleicher Punkte
der Trennfläche). Die Streichrichtung wird durch den im Uhrzeigersinn gemessenen Winkel
a'o zwischen der Nordrichtung und der Horizontallinie angegeben (a'O = 20° in Bild 2.10).
Fallen (oder Einfallen) ist das Maß der Neigung der Schicht gegen die Horizontale. Der
Einfallswinkel po ist der Winkel zwischen der Fallinie (verläuft senkrecht zur Streichlinie
und auf der Trennfläche) und der Richtung der Fallinie (verläuft senkrecht zur Streichlinie,
aber in der Horizontalen).
In Bild 2.10 ist der Einfallswinkel ß= 60°.
Die Richtung der Fallinie (Einfallsrichtung)
ist der im Uhrzeigersinn gemessene Winkel
a zwischen der Nordrichtung und der Ein-
fallrichtung (a = 290° in Bild 2.10).
Die Stellung der Trennfläche kann festgelegt
werden durch:
1. Angabe der Streichrichtung a'o (a' = 20°
in Bild 2.10), des Einfallswinkels po und der
Himmelsrichtung in welcher die Fläche ge-
neigt ist (ß = 60° NW in Bild 2.10). Die Stel-
lung der Fläche ist dann festgelegt durch die
Angabe 20°/60° NW.
E
~ =Einfallen
2.10 Darstellung der Begriffe "Streichen"
und "Fallen" nach DIN 4023

34. 34 2.4 Die Schichtung des Baugrunds
2. Angabe der Richtung der Fallinie (a = 290° in Bild 2.10) und des Einfallwinkels (ß = 60°in
Bild 2.10); also durch die Angabe 290°/60°. Die Streichrichtung a' (mit 0° ;:; a' ;:; 180°)
errechnet sich aus der Richtung der Fallinie aO durch Addition oder Subtraktion von 90°. Im
Beisp. a' = 290° + 90° = 380° ~ 20°.
2.4.2 Einfluß der Schichtung auf die Standsicherheit
Die Schichtung beeinflußt die Setzungen, die Gesamtstandsicherheit und die
Grundwasserverhältnisse. Zu unterscheiden sind parallele und auskeilende Schich-
ten (2.11). Wichtig ist auch, ob die Schichten auf einer waagerechten bzw. auf einer
geneigten Sohle aufliegen oder Mulden und Rinnen, wie z.B. Erosionsrinnen der
Gewässer, ausfüllen.
2.11
Schichtung des Baugrunds
a) Parallelschichtung
b) auskeilende Schichten
a) S Sand U Schluff T Ton
Für Gründungen sind insbesondere von Bedeutung
Mächtigkeit tragfähiger Schichten über stärker nachgebenden Schichten. Die Bau-
werkslasten müssen sich in diesem Fall in der tragfähigen Schicht so weit ausbreiten
können, daß sich die nachgebende Schicht nicht über das zulässige Maß zusammen-
drückt.
Gleichmäßigkeit der Schichtung. Stehen unter dem Bauwerk ungleichmäßige
Schichten an, wie z. B. Iinsenförmige Einlagerungen von nicht tragfähigem Boden,
oder keilen unter dem Bauwerk stark zusammendrückbare Schichten aus, muß mit
unterschiedlichen Setzungen gerechnet werden (2.12).
Unterschiedliche Setzungen treten auch ein, wenn die Höhe der zusammendrückba-
ren Schicht differiert (2.13).
geplQ/ltes Bauwerl<
' . ' 0 o. tI 0 mG
f' <.2qOO / ·~=:'~~
2.12 Wechselnder Baugrund unter einem Bau-
werk
fS Feinsand T Ton
mG Mittelkies Bk Braunkohle
2.13 Rutschgefährdete Lehm-
schicht an einem Hang
U, s Schluff, sandig
Z Fels
Neigung der Schichten. Bei großer Neigung der Lagerfläche einer das Bauwerk
tragenden Bodenschicht besteht bei bindigen Böden die Gefahr des Abrutschens.
Dies kann vor allem dann geschehen, wenn auf einem Hang die tragende Schicht

35. 2.5 Das Wasser im Baugrund 35
oberhalb eines Baues zutage tritt und so Wasser in der Lagerfläche versickern und
diese schmierig machen kann (2.13).
Die gleiche Gefahr tritt ein, wenn durch die Baugrube eine geneigte Schicht ange-
schnitten und nicht für einwandfreie Abführung des Wassers gesorgt wird, das von
dem oberen Hang abfließt (2.14).
2.14
Gefährdung der Baugrube durch Anschnitt einer Schluff-
schicht
G, sKies, sandig Z Fels U Schluff
~~
--~ ()
Z
Bei Bauten, die an einer Böschung oder an einem Geländesprung errichtet werden,
ist die Sicherheit gegen Grund- und Geländebruch nachzuweisen (DIN 1054, 4.3
und Abschn. 6.3 sowie 6.4).
2.5 Das Wasser im Baugrund
Die Hohlräume (Poren) des Bodens sind mit Luft und Wasser gefüllt (2.l5). Man
unterscheidet drei Zustandsformen [24]:
In einem Grenzzustand sind alle Poren mit Luft gefüllt, d. h. der Boden ist vollkom-
men trocken. Dies ist in unserem Klima nur durch künstliche Trocknung zu errei-
chen.
Im anderen Grenzzustand sind alle Poren
voll mit Wasser gefüllt, d.h. das unter-
irdische Wasser füllt die Hohlräume des
Bodens zusammenhängend aus, wie z. B.
bei Böden unterhalb des Grundwasser-
spiegels.
Im mittleren Zustand befindet sich in den
Poren teils Luft, teils Wasser. Die-
sen Zustand haben Böden, die oberhalb
des Grundwasserspiegels liegen.
2.15
Erscheinungsformen des Wassers im Boden
nach Zunker

36. 36 2.5 Das Wasser im Baugrund
Wasser oberhalb des Grundwasserspiegels
Durch Oberflächen-, Grenz- oder Kapillarkräfte wird Wasser oberhalb der Grund-
wasseroberfläche im Boden gehalten; es ist also nicht frei beweglich.
Nach der Art der Wasserbindung sind zu unterscheiden (2.15,2.16):
Hygroskopisches Wasser (Saugwasser, Adsorptionswasser) wird von den Oberflä-
chenkräften der BodenteiIchen angesaugt (adsorbiert) und umgibt die Körner mit
einer Hülle verdichteten Wassers (2.16).
- - ~~:~~~~~
------
---
2.16
Schematische Darstellung der Wasserbindungen
Als Folge dieser verdichteten Wasserhüllen werden die Körner nicht wassergesättig-
ter, bindiger Böden durch freie Oberflächenkräfte aneinandergezogen (Kohäsion,
s. S. 22 und 131).
Haftwasser wird durch Grenzflächenkräfte an den BodenteiIchen festgehalten. Man
unterscheidet
Häutchenwasser, das die Bodenkörner mit einer zweiten Wasserhülle einschließt,
Porenwinkelwasser , das die Winkel der Poren ausfüllt.
Das Haftwasser erfährt keine Verdichtung und steht nicht mit dem Grundwasser in Verbin-
dung.
Kapillarwasser (Porensaugwasser) steht dagegen mit dem Grundwasser in Verbin-
dung. Es steigt vom Grundwasserspiegel infolge der Kapillarwirkung in den Haar-
röhrchen des Bodens auf und wird durch die Oberflächenspannung des Wassers
gehalten.
In der unmittelbar über dem Grundwasserspiegel liegenden Zone füllt das Kapillarwasser alle
Poren (Bereich des geschlossenen Kapillarwassers). In größerer Höhe über dem Grundwas-
serspiegel sind nur noch einzelne Poren mit Wasser, die restlichen mit Luft gefüllt (Bereich
des offenen Kapillarwassers).
Über die Höhe des kapillaren Wasseraufstiegs s. S. 128.
Sickerwasser stellt die Verbindung zwischen dem Niederschlags- und dem Grund-
wasser her und ergänzt den Grundwasserhaushalt. Unter dem Einfluß der Schwer-
kraft sickert es zum Grundwasser. Auf dem Wege ergänzt es zunächst das Haft- und
Kapillarwasser der durchsickerten Schichten, und schließlich gelangt nur das über-
schüssige Wasser zum Grundwasser.
Da das Sickerwasser den Wassergehalt des Bodens und damit bei bindigen Böden
die Tragfähigkeit des Baugrunds beeinflußt, ist auf die Abführung des Oberflächen-
wassers bei einem bindigen Baugrund besonders zu achten.
Grundwasser
Grundwasser ist das im Untergrund frei bewegliche, nur der Schwerkraft unterlie-
gende und alle Poren ausfüllende Wasser. Schichten, die Grundwasser enthalten,
nennt man Grundwasserleiter oder grundwasserführende Schichten. Die untere

37. 2.5 Das Wasser im Baugrund 37
Grenzfläche ist die Grundwassersohle, eine undurchlässige Boden- oder Gesteins-
schicht. Die obere Grenzfläche ist der Grundwasserspiegel, der sich im Brunnen
einstellt. Das Grundwasser kann einen Grundwasserstrom oder - wenn es ruht -
ein Grundwasserbecken bilden.
Grundwasserarten sind:
Freies , ungespanntes Grundwasser steht nicht unter Überdruck. An seiner Oberflä-
che ist der Wasser- und Luftdruck gleich groß (2.17a).
Freies , schwebendes Grundwasser. Unter der Grundwassersohle folgt nochmals eine
lufthaltige Zone (2.17 b).
Gespanntes (artesisches) Grundwasser steht unter Überdruck (2.17c).
Grundwasser-Stockwerke. Mehrere Grundwasserleiter sind durch sehr schwach
durchlässige, d. h. praktisch undurchlässige Schichten voneinander getrennt (2.17 d). Sie
werden von oben nach unten gezählt.
2.17
Grundwasser
a) freies Grundwasser
b) schwebendes Grundwasser
c) artesisches Grundwasser
d) Grundwasser-Stockwerke
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b)
Steht das Grundwasser unter Druck (gespanntes oder artesisches Grundwasser), übt
es auch in den Poren einen Druck aus. Dieser Poren wasserüberdruck + /lu tritt
auch auf, wenn der Boden belastet und damit zusammengedrückt und in seinem
Porenraum verändert wird, eine Erscheinung, die besonders bei bindigen Böden in
der Praxis - z. B . beim Rammen, bei Setzungen von Bauwerken sowie bei boden-
mechanischen Prüfungen (Kompressionsversuchen u . a.) - eine wichtige Rolle
spielt. Es kann auch Porenwasserunterdruck - /lu entstehen, wenn sich durch Saug-
wirkung bei Entlastung des Bodens oder dgl. die Poren vergrößern.
Die Linien gleichen Porenwasserdrucks (2.18) zeigen, wie groß der Porenwasserdruck in
einem geschütteten Damm infolge des Überlagerungsgewichts werden kann, so daß die Stand-
sicherheit eines Dammes u. U. gefährdet wird!). Als Größtwert wurden 12 bar gemessen. Das
2.18
Linien gleichen Porenwasserdrucks in bar
bei einer Dammschüttung
I) Breth, H.,und Kückelmann, G .: Der Porenwasserdruck in Erddämmen. Z. Die Bau-
technik (1954) H. I, S.
25

38. 38 2.5 Das Wasser im Baugrund
entspricht = 60% des Überlagerungsgewichts. Um den Poren-
wasserdruck überwachen zu können, werden Porenwasser-
druckmesser (2.19) eingebaut. Durch die poröse Spitze wird der
Druck auf eine Membran und von dieser auf eine Meßseite
übertragen und im Empfangsgerät sichtbar gemacht.
Das Grundwasser ist in den Wasserkreislauf einbezogen.
Es wird durch die Niederschläge über das Sickerwasser er-
gänzt und fließt je nach Schichtung des Untergrunds den
Wasserläufen unterirdisch zu oder tritt als Quelle aus.
Der Grundwasserabstand ist für die Beurteilung des Bau-
grunds, für die Berechnung der Standsicherheit und für die
Festlegung der Abdichtungsmaßnahmen wichtig. Er wird
in Beobachtungsbrunnen (Grundwassermeßstellen) mittels
Lichtlot oder Brunnenpfeife gemessen.
Zu beachten sind die natürlichen Schwankungen des Grundwas-
sers, insbesondere in Flußniederungen. Bei der Messung des
Grundwasserstands ist bei wenig durchlässigen Böden - wie
Schluffen u. dgl. - zu berücksichtigen, daß sich der freie Was-
serspiegel in frisch gebohrten Brunnen nur langsam einstellt.
Die Ergebnisse der Messungen sind nach DIN 4020, 8.1.3 als
Ganglinien zeitabhängig darzustellen. Bei Angabe extremer
Grundwasserstände ist der Beginn der Messungen und ihr zeitli-
cher Abstand festzuhalten.
Richtlinien für das Messen der Wasserstände, der Wasser-
druckverhältnisse und der Wasserbewegung im Unter-
grund sowie für die Feststellung bautechnisch wichtiger
Eigenschaften s. DIN 4021,8. u. 9.
2.19
Porenwasser-Druckmesser
(H. Maihak AG, Hamburg)

39. 3 Geotechnische Untersuchungen
3.1 Zweck der geotechnischen Untersuchungen
Unter geotechnischen Untersuchungen für bautechnische Zwecke versteht man alle
zur bautechnischen Beschreibung und Beurteilung von Boden und Fels notwendigen
ingenieurgeologischen, hydrologischen, geophysikalischen, bodenmechanischen
und felsmechanischen Arbeiten.
DIN 4020 gibt Anforderungen für die Planung, Ausführung und Auswertung von
geotechnischen Untersuchungen von Boden und Fels als Baugrund und Baustoff bei
Bauvorhaben aller Art (einschließlich des Hohlraumbaues, des Baues von Abfall-
deponien und der Sanierung von kontaminierten Standorten. Dies soll sicherstellen,
daß Aufbau und Eigenschaften des Baugrundes bzw. eines als Baustoff zu verwen-
denden Bodens oder Fels bereits für den Entwurf bekannt sind.
Zu den Aufgaben der bautechnischen Bodenuntersuchungen gehört es, Unterlagen
für die technisch und wirtschaftlich einwandfreie Planung und Ausführung von Bau-
werken bereitzustellen. Insbesondere soll die zulässige Beanspruchung des Bodens
ermittelt werden, d. h. diejenige Beanspruchung, bei der die Setzungsunterschiede
unter dem Gebäude in den zulässigen Grenzen liegen, die Grundbruchsicherheit
und - falls erforderlich - auch die Sicherheit gegen Geländebruch gewährleistet ist
und die Umgebung durch die baulichen Anlagen oder die Bauausführung nicht
gefährdet wird. Die Untersuchungen sollen somit in erster Linie die Grundlagen
für die Vorausberechnungen der Setzungen liefern. Die Erkundungen müssen daher
Aufschluß über die Schichtenfolge, Neigung und Mächtigkeit der Schichten sowie
die Eigenschaften der einzelnen Bodenschichten geben. Notwendig ist, daß alle
Schichten erfaßt werden, welche die Setzungen und die Standsicherheit der Bauwer-
ke beeinflussen. Daß die Arbeiten durch zuverlässige Unternehmen sorgfältig aus-
geführt werden, ist von weittragender Bedeutung. Ferner ist es unerläßlich, daß
durch die Versuchsanstalten oder durch Fachleute, die mit der Untersuchung der
Bodenproben und deren Auswertung beauftragt sind, die Untersuchungen auf der
Baustelle überwacht werden.
Die bautechnischen Bodenuntersuchungen müssen so frühzei tig vorliegen, damit die Art
des Bauwerks und seiner Gründung sowie die Bauart und Baustoffe usw. rechtzeitig festgelegt
werden können (s. auch DIN 1054, 3.1). Werden die Bodenuntersuchungen erst zu Baubeginn
durchgeführt, so können sie unter dem Druck der Baufristen meist nicht mehr so sorgfältig
vorgenommen und ausgewertet werden, wie es für die wirtschaftlich optimale Lösung erfor-
derlich wäre. Jede Unterlassung in dieser Hinsicht bedeutet also eine leichtfertige Sparsam-
keit, die sich meist sehr empfindlich durch Erhöhung der Baukosten oder nachträgliche Beseiti-
gung von Schäden rächt [1 a); [22); [46); [49). Sie ist um so weniger zu rechtfertigen, als die
Kosten für die Baugrunduntersuchungen erfahrungsgemäß nur 1 bis 2% der Bausumme
betragen.
Bautechnische Bodenuntersuchungen sind nach DIN 1054 und DIN 4020 erforder-
lich, wenn die örtlichen Erfahrungen keinen ausreichenden Aufschluß über Art, Be-
schaffenheit, Ausdehnung, Lagerung und Mächtigkeit der Bodenschichten geben,
wenn die Bodenschichten nicht annähernd waagerecht liegen oder wenn ungünstige
Erfahrungen an benachbarten Bauwerken gemacht worden sind.

40. 40 3.1 Zweck der geotechnischen Untersuchungen
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3.1 Bezeichnungen zur Mindestaufschlußtiefe Za
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Ferner sind bautechnische Bodenuntersuchungen erforderlich , wenn die zulässigen
Bodenpressungen nach DIN 1054,4.2 überschritten werden (s. Abschn . 7.3).
Im letzten Fall muß anhand von Bodenuntersuchungen rechnerisch nachgewiesen
werden, daß die Setzungen unschädlich sind und Grundbruchsicherheit besteht.
Anzuraten sind darüber hinaus Bodenuntersuchungen für alle Gründungen und
Arbeiten im Grundwasserbereich , da nur auf Grund genauer Kenntnis der Boden-
eigenschaften wirtschaftliche Lösungen gefunden werden können.