Studienunterlagen Geotechnik. 1 Struktur von Böden. 1.1 Boden und Fels

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1 Seite II-1 II Eigenschaften von Böden 1 Struktur von Böden 1.1 Boden und Fels Boden im bautechnischen Sinne ist die oberflächennahe nicht verfestigte Zone der Erdkruste. Die Bestandteile sind miteinander nicht oder nur in so geringem Maße mineralisch verbunden, dass diese Verbindung die Eigenschaften des Bodens nicht prägt ( Lockergestein ). Fels ist jene Zone der Erdkruste, deren Bestandteile miteinander mineralisch fest verbunden sind. Seine Eigenschaften werden durch diese Verbindung sowie durch Systeme von Trennflächen bestimmt ( Festgestein ). 1.2 Kornform und Kornrauhigkeit Man unterscheidet die Kornformen: kugelig (1), gedrungen (2), prismatisch (3), plattig (4), stäbchenförmig (5), plättchenförmig (6) sowie die Kornrauhigkeiten: scharfkantig (1), kantig (2), rundkantig (3), gerundet (4), glatt (5). Kornform Kornrauhigkeit Abb. II-1 Kornform und Kornrauhigkeit Bei grobkörnigen Böden sind Kornform und Kornrauhigkeit von der esteinsart sowie der Transport- und Verwitterungsgeschichte abhängig. Zunehmender Transportweg führt zur Rundung der Kanten und lättung des Korns. Verwitterung kann die Kornrauhigkeit wieder steigern. Bei feinkörnigen Böden ist die Kornform allein von der Mineralart abhängig. Eine nach allen Raumrichtungen annährend gleichmäßige Mineralfestigkeit ergibt im Endzustand kubische bzw. kugelige Kornformen, bei anisotroper Mineralfestigkeit entstehen plattige Formen. Quarz, Kalk und Dolomit sind gedrungen bis prismatisch, Tonminerale in der Regel plättchenförmig, Halloysit stäbchenförmig.

2 Seite II Entstehung der Lockergesteine Die esteine Nordamerikas und Europas bestehen zu 66,9 % aus Feldspäten, 22,2 % aus Kalken, Dolomiten und Salinargesteinen und zu 10,9 % aus Quarz. Nach MILLOT (1970) unterliegen alle esteine einem kontinuierlichen Umwandlungsprozess: Lockergesteine entstehen durch physikalische und chemische, in sehr geringem Umfang auch durch biologische Verwitterung; sie enthalten die Bestandteile der Ursprungsgesteine in etwa der gleichen prozentualen Häufigkeit Physikalische Verwitterung Bei der physikalischen Verwitterung wird das estein durch mechanische Prozesse aufgelockert und zerkleinert wobei die chemische Zusammensetzung des esteins dabei erhalten bleibt. Die physikalische Verwitterung setzt bei den weichsten Bestandteilen des esteins an. Am Beispiel ranit ist das der limmer. Der limmer besitzt eine Wasseraufnahmefähigkeit von 0,2 % bis 0,5 %. Bei Frosteinwirkung kann das aufgenommene Wasser zum Sprengen des esteins führen. Beim Transport im Wasser werden die im Vergleich zu Quarz weicheren Feldspäte abgerieben und ausgewaschen. Die Quarzkörner können wegen ihrer Härte vom Wasser nicht unter einen gewissen Durchmesser zerkleinert werden; sie sedimentieren zu Quarzsand und Quarz-robschluff Chemische Verwitterung Unter chemischer Verwitterung versteht man Umwandlungs- und Lösungsvorgänge, die zur Zersetzung des esteins führen. Als Beispiel für einen Umwandlungsprozess sei hier die Entstehung von ips bei Einlagerung von Wasser in Anhydrit angeführt. Lösungsvorgänge finden bei Sedimentgesteinen bei der chemischen Umsetzung von Kalk, ips oder Salzen statt. Eine besondere Form der chemischen Lösung ist die Lateritbildung infolge Hydrolyse. Sickerwasser löst die negativen Ionen aus dem estein, bis Aluminiumoxide und Eisenoxide übrig bleiben. Diese Form der chemischen Verwitterung findet überwiegend in Regionen ohne Frost statt, z.b. in tropischen Regenwäldern.

3 Seite II Biologische Verwitterung Bei der biologischen Verwitterung wird das estein durch Pflanzen oder Tiere zerstört. Es wird zwischen physikalisch-biogenen und chemisch-biogenen Verwitterungsprozessen unterschieden. Erstere erfolgen zum Beispiel, wenn Pflanzenwurzeln in esteinsklüfte vordringen und diese durch ihr Dickenwachstum erweitern (Wurzelsprengung). Die chemisch-biogene Verwitterung tritt beispielsweise auf, wenn sich bei der Zersetzung von Organismen minerallösende Humin-, Kohlen- und Schwefelsäure bilden. Auch saure Ausscheidungen von Bakterien, Pilzen, Algen, Flechten usw. lösen Minerale und zerstören somit das efüge des esteins. 1.4 Tonminerale Die Neubildung von Tonmineralen in der Sedimentationsphase ist dadurch bedingt, dass die Feldspat-Abkömmlinge sich zu Ketten und Netzen verbinden. Diese Kettenmoleküle haben noch keine elektrisch ausgeglichenen Oberflächenladungen und sind deswegen nicht stabil. Sie lagern sich daher zu zwei- oder dreischichtigen Kristallformen zusammen. Das Wassermolekül ist zwar elektrisch neutral, kann aber wegen seiner unsymmetrischen räumlichen Struktur elektrisch gerichtet und gebunden werden (Van-der-Waals-Kräfte). Im Ergebnis bestehen Tonminerale generell aus unterschiedlichen Wechselfolgen von zwei verschieden strukturierten Schichten (Schicht- oder Phyllosilikate). Die erste Schicht ist ein aus SiO 4 -Tetraedern zusammengesetztes Netz, wobei die Tetraederspitzen stets in die gleiche Richtung zeigen. Je 6 Tetraeder bilden einen Tetraeder-Ring und die Ringe bilden das Netz (Abb. II-2). Maximal jedes zweite Siliziumion kann durch ein Aluminiumion substituiert werden.

4 Seite II-4 Sauerstoff O 2- Silizium Si 4+ SiO -Tetraeder 4 Tetraeder-Sechsring Abb. II-2 Tetraeder-Sechsring als Schichtsilikat-Struktur nach RIM (1968) Die zweite Schicht setzt sich aus Oktaedern zusammen, deren Eckpunkte aus Sauerstoffionen oder aus OH-ruppen (Hydroxyl) gebildet werden. Die Mittelpunkte (oktaedrische Lücken) der Oktaeder in einer solchen Schicht enthalten Al 3+, Fe 3+ oder Mg 2+, Fe 2+ als Kationen (Abb. II-3). Kation z.b. Al 3+ Sauerstoff bzw. Hydroxyl 2- - O bzw. OH Oktaeder Oktaederschicht Abb. II-3 Oktaederschicht als Schichtsilikatstruktur nach RIM (1968) Aus der Art der Verknüpfung der Tetraederschichten mit den Oktaederschichten sowie der Besetzung mit verschiedenen Kationen lässt sich eine Vielzahl von Tonmineralen ableiten. Tetraeder- und Oktaederschichten bilden stets eine feste chemische Verbindung. Die Schichtpakete sind nach außen hin nicht elektrisch neutral. Sie binden sich gegenseitig über elektrostatische Kräfte. Dabei liegen die Abstände der Schichtpakete zueinander in einer rößenordnung von wenigen Å (Ångstrøm: m).

5 Seite II Kaolinit Die zweischichtige Kristallform des Kaolinits besteht aus einer Tetraeder- und einer Oktaederschicht in fester chemischer Verbindung: Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Ein Kaolinit- Tonteilchen besteht aus einem Verband solcher Doppelplättchen. Da sich in der Kontaktfläche zwischen Tetraeder- und Oktaedergitter positive und negative Oberflächenladungen gegenseitig neutralisieren, bleibt der itterabstand konstant. Dadurch ist das Kaolinit-Mineral gegen äußere Störungen relativ unempfindlich Halloysit Halloysit, auch als 10-Å-Halloysit bezeichnet, ist ein hydratisierter Kaolinit. Das heißt, zwischen den Doppelplättchen aus je einer Tetraeder- und einer Oktaederschicht befindet sich ein Zwischenschichtpaket aus Wassermolekülen. Diese Wassermoleküle können die Struktur beim Erhitzen auf über 50 C verlassen. Entwässerter 10-Å-Halloysit wird auch als 7-Å-Halloysit bezeichnet. Die chemische Formel des Halloysits lautet: Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 2H 2 O Illit Das häufigste Endprodukt der Verwitterung des ranits ist das Dreischicht-Mineral Illit mit seinen verschiedenen Modifikationsformen. Die rundeinheit ist dieselbe wie beim Montmorillonit mit dem Unterschied, dass einige Si 4+ -Ionen durch Al 3+ -Ionen ersetzt sind. Damit würden eine Ladungsdifferenz und ein elektrisches Ungleichgewicht entstehen. Dies wird durch K + -Ionen in den Zwischenschichten kompensiert. Diese das System stabilisierenden Ionen bewirken, dass Illite trotz ihres Dreischicht-Aufbaus im diagenetisch verfestigten Zustand wesentlich weniger quellfähig sind, als die Montmorillonite und einen vergleichsweise konstanten itterabstand von 10 Å besitzen. Es ist allerdings zu beachten, dass sich Illite in jungen Sedimenten noch in ihrer Bildungsphase befinden und deswegen noch unverfestigte, "offene" Strukturen besitzen. Bei Illiten handelt es sich nicht zwingend um Neubildungen durch Sedimentation, sie können auch unmittelbare Verwitterungsprodukte sein, die aus dem limmer unter Wasseraufnahme und Abgabe von Alkali-Ionen entstanden sind. Bei dieser Transformation haben auch Fe 2+ - bzw. Fe 3+ -Hydroxide große Bedeutung. In diesem Zusammenhang seien die Keupertone genannt, die hauptsächlich aus

6 Seite II-6 Illiten bestehen und ihre Rot- bzw. rünfärbung aus den eingelagerten Fe-Verbindungen (Hämatite) erhalten. Eine grüne Illit-Art, bei der die Al-Ionen teilweise durch Fe-Ionen ersetzt sind, ist der laukonit Montmorillonit Unter geeigneten Bedingungen (s.a. MILLOT, 1970) können sich entweder am Verwitterungsort diagenetisch oder während des Sedimentierens dreischichtige Kristalle aus zwei Tetraederschichten und einer dazwischen liegenden Oktaederschicht bilden. Ein Beispiel für diese Kristallform ist der Montmorillonit: Al 2 O 3 4SiO nh 2 O. Die gegenüberliegenden itter-oberflächen des Montmorillonit haben Ladungen von gleichem Vorzeichen, sie stoßen sich ab. Die Neutralisierung dieses Abstoßungseffekts wird durch Dipole und positive Ionen (Kationen) bewirkt, die in der Kontaktzone absorbiert sind. Dieses System reagiert empfindlich auf Störungen und thermische Änderungen, so dass der Bestand an polarisiertem Wasser stark schwankt und damit auch die Teilchendicke zwischen 9,6 und 21 Å liegen kann. Der Montmorillonit hat deshalb ein beträchtliches Quellvermögen. Die Montmorillonit-Teilchen sind wesentlich kleiner als die des Kaolinits, weil die für die Bildung größerer Kristallstrukturen entscheidenden Ionen vollständig aus den Zwischenzonen herausgelöst sind (vollständige Degradierung) Chlorit Ein weiteres häufig anzutreffendes Dreischichtmineral ist der Chlorit, der den prinzipiellen Aufbau des Illits hat und sich nur darin unterscheidet, dass die Stabilisierung in der Zwischenschicht nicht durch Alkali-Ionen, sondern durch Ionen in Form einer singulären Oktaederschicht (Mg Al) 6 (OH) 12 zustande kommt. Chlorite können durch Transformation aus Illiten entstehen und umgekehrt. Sie gehören mit zu den für die Keupertone typischen Mineralarten. Es gibt zwar in der Mineralogie neben den hier genannten Hauptmineralen der Tone noch zahlreiche weitere, doch ist diese Vielfalt nur scheinbar, da sich aus den rundelementen viele Mischformen aufbauen lassen. Schon während der Entstehung hängt die Formgebung der Kristalle im Einzelnen vom Ionen-Angebot, vor allem der Na- und K-Ionen ab. Da ihr Ionen-Radius verschieden groß ist, wirken sie sich unterschiedlich strukturierend aus. In der Abb. II-4 sind die wichtigsten Tonminerale und deren Aufbau zusammengestellt.

7 Seite II-7 Struktur-Modell Symbol der Schicht Si-O-Tetraeder- Einheit Oktaeder-Einheit Si O bzw. (OH) Al 3+ oder Mg 2+ R R R R R R R R R Si-Tetraeder-Schicht Oktaeder-Schicht mit Al als Kation (ibbsit) Oktaeder-Schicht mit Mg als Kation (Brucit) Tonmineral Struktur-Symbol Bindung Form des Bemerkung Minerals 1. Kaolinit O-OH fest 6-eckige Plättchen 7,2 A 7,2 A7,2 A 7,2 A7,2 A 7,2 A 7,2 A 7,2 A 2. Halloysit O-OH Stäbchen zwischen 10,2 7,2 10,2 AA A 10,2 A 7,2 10,2 10,2 A A (Röhrchen) Doppelschichten 10,2 A 10,2 A 2 oder 4 H 2 O 10,2 A K K K K K 10, ,2 A K KK AK 10 A A K K 3. Illit K K 10 A10 A K fest Plättchen "limmerartiges 10 A K K 10 A Tonmineral" 10 A K K K K 10 A 10 9,6 A bis 9,6 A bis9,6 A bis 9,6 9,6 A A bis 9,6bis A bis 9,6 A bis 4. Mont- O-O dünne Quellfähig B 9,6 A bis B morillonit B sehr schwach Plättchen B B B 9,6 A bis B B B 9,6 bis B B 14 A B B 14 A 14 A B B B B B B B 14 A 14 A B 14 A B B B 14 A B 5. Chlorit B 14 A B sehr fest Plättchen B B 14 A 14 B Abb. II-4 Aufbau der Tonminerale

8 Seite II efüge des Bodens Die Art, wie die Bodenkörner sich aneinander fügen, ist von der Entstehung des Bodens sowie der röße und der Art der Körner abhängig. Bei Kies und Sandkorn sowie bei Korngrößen des robschluffs spielen molekulare Anziehungskräfte und elektrische Ladungskräfte gegenüber dem Eigengewicht eine untergeordnete Rolle. Sedimentierende Körner rollen in die Hohlräume bereits abgelagerter Teilchen und bilden ein Einzelkorngefüge (Abb. II-5, (1)). Tonminerale, die am Rand positiv und an ihren Seiten negativ geladen sind, rollen aneinander nicht mehr ab, sondern haften mit Ecke und Kante an den Seitenflächen anderer Teilchen und bilden ein kartenhausähnliches efüge (Wabengefüge). In dieser Form lagern sich Süßwassersedimente ab (Abb. II-5, (2)). Im Salzwasser bilden sich bereits beim Sedimentieren aus mehreren flächig haftenden Teilchen Aggregate, die gemeinsam absinken und ein noch lockereres Flockengefüge aufbauen (Abb. II-5, (3)). Die Flockenbildung wird durch hohe Elektrolytkonzentrationen, hohe Temperatur und geringe Wasserstoff-Ionenkonzentration (saures Verhalten) des Wassers begünstigt. Diese lockeren Strukturen können auch in Verwitterungsböden durch Auslaugung (Hydrolyse) entstehen. Bei Zusammendrückung regeln sich die Teilchen des Waben- und des Flockengefüges bevorzugt senkrecht zur Druckrichtung, durch Scherbeanspruchung parallel zu den Scherbändern ein. Das efüge kann durch Betrachten präparierter Bodenoberflächen (bei Felsflächen geschliffener Schnittflächen) unter dem Mikroskop oder dem Elektronenmikroskop untersucht werden. 1 Einzelkorn 2 Waben 3 Flocken Abb. II-5 efüge des Bodens

9 Seite II-9 2 Mehrphasensystem Boden 2.1 Porenanteil und Porenzahl Der Boden ist ein Mehrphasensystem, das sich aus den folgenden 3 Phasen zusammensetzt: Feststoff Flüssige Phase, i.a. Wasser asförmige Phase, i.a. Luft V V p V s V a V w gasförmig flüssig fest V : esamtvolumen V : Volumen der Poren p V : Volumen der gasförmigen Phase a V : Volumen der flüssigen Phase w V : Volumen der festen Phase s Abb. II-6 Mehrphasensystem Boden Porenanteil: Porenzahl: n e Volumen der Poren V V esamtvolumen V V V a w p (l. II-1) a w p (l. II-2) s Volumen der Poren V V V Volumen der festen Phase V V s Sättigungszahl: S r Volumen der flüssigen Phase Volumen der Poren V V w (l. II-3) p Für die Sättigungszahl S r = 1,0 liegt ein Zweiphasensystem vor.

10 Seite II-10 e a e w e n : Porenanteil n : Porenanteil der gasförmigen Phase a 1 n 1-n n a n w w s 1 n : Porenanteil der flüssigen Phase w e : Porenzahl e : Porenzahl der gasförmigen Phase a e : Porenzahl der flüssigen Phase w : Dichte der flüssigen Phase w : Dichte der festen Phase s Abb. II-7 Definition von Porenanteil und Porenzahl Porenanteil: e n 1 e (l. II-4) Porenzahl: n n n 1n 1n 1n a w e ; e a ; ew (l. II-5) e w s w w (l. II-6) 2.2 Dichten und Wichten Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschließlich etwaig eingeschlossener Hohlräume V k bezogene Masse der Körner m d. (Bestimmung der Korndichte: siehe Kap. XV.5) m d s gcm³ (l. II-7) Vk

11 Seite II-11 estein Korndichte [g/cm³] Sand (Quarz) 2,65 Ton 2,70-2,80 Schluff 2,68-2,70 Torf 1,50-1,80 Basalt 3,00-3,15 Tonschiefer 2,80-2,90 Kalkstein 2,70-2,90 Sandstein 2,64-2,72 Tab. II-1 Mittelwert der Korndichten verschiedener esteine Dichte des Bodens bezeichnet das Verhältnis der Masse des feuchten Bodens m f zum Volumen des Bodens einschließlich der mit Flüssigkeit und as gefüllten Poren V. (Bestimmung der Dichte siehe Kap. XV.4) m f gcm³ (l. II-8) V Als Trockendichte des Bodens d wird das Verhältnis der Trockenmasse m d zum Volumen des feuchten Bodens V definiert. m V d d gcm³ (l. II-9) Zwischen der Dichte ρ und Trockendichte ρ d gilt die Beziehung: d 1 w gcm³ (l. II-10) mit: w Wassergehalt des Bodens Die Wichte des Bodens ist die lotrecht wirkende ewichtskraft bezogen auf das Volumen. Man erhält sie durch Multiplikation der versuchstechnisch ermittelten Dichte mit der Erdbeschleunigung. Die Wichte ist bei erdstatischen Berechnungen eine der maßgebenden Bodenkennwerte.

12 Seite II-12 Es wird unterschieden zwischen Wichte des feuchten Bodens: 1 w (1n) s(1w) s kn m³ 1 e (l. II-11) Wichte des trockenen Bodens (Trockenwichte): 1 d (1n) s s kn m³ 1 e (l. II-12) Wichte des wassergesättigten Bodens: e 1 e s w r (1 n) s n w d n w kn m³ (l. II-13) Wichte des Bodens unter Auftrieb: 1 e s w ' (1 n) ( s w) r w kn m³ (l. II-14) mit: s w Kornwichte [kn/m³] Wichte des Wassers [kn/m³] 2.3 Lagerungsdichte Mit Hilfe der im Labor bestimmten Extremwerte für den Porenanteil max n und min n bzw. der Trockendichte max d und min d (siehe Kap. XV.6) und dem Porenanteil n bzw. der Trockendichte d in natürlicher Lagerung kann die Qualität der natürlichen Lagerungsdichte D von Sanden und Kiesen beurteilt werden. Lockerste Lagerung: min max n 1 s max e 1 d s d min (l. II-15) (l. II-16)

13 Seite II-13 Dichteste Lagerung: max d min n 1 max s min e 1 d s (l. II-17) (l. II-18) Lagerungsdichte: max n n d min d D max n min n max min d d (l. II-19) Bezogene Lagerungsdichte: max e e max d ( d min d) ID max e min e (max min ) d d d (l. II-20) Verdichtungsfähigkeit: max e min e If min e (l. II-21)

14 Seite II Rechnerische Beziehungen zwischen Bodenkenngrößen Tab. II-2 Rechnerische Beziehung zwischen Bodenkenngrößen

15 Seite II-15 3 Benennung und Klassifikation von Boden 3.1 Benennung nach DIN EN ISO und DIN 4022 Die Benennung von Boden erfolgte bislang nach DIN 4022, diese wurde zum Teil durch die europäische Norm DIN EN ISO ersetzt. Im Wesentlichen unterscheiden sich die beiden Normen in der Bezeichnung der Bodenarten. Es ist zu erwarten, dass in der Praxis die Benennung nach DIN 4022 gebräuchlich bleibt, da zum Teil aktualisierte Normen die Bodenansprache der neuen Norm nicht übernommen haben. Deshalb wurde in der DIN 4023 (2006) im Anhang B die Kurzformen nach DIN 4022 aufgenommen. Im Folgenden wird die Benennung von Boden sowohl nach der aktuellen DIN EN ISO als auch nach DIN 4022 vorgestellt. Bereich Benennung Kurzzeichen DIN EN ISO sehr grobkörniger Boden robkörniger Boden Feinkörniger Boden Kurzzeichen DIN 4022 Korngrößen mm großer Block LBo - > 630 Block Bo Y > 200 bis 630 Stein Co X > 63 bis 200 Kies robkies Mittelkies Feinkies Sand robsand Mittelsand Feinsand Schluff robschluff Mittelschluff Feinschluff r Cr Mr Fr Sa CSa MSa FSa Si CSi MSi FSi g m f S gs ms fs U gu mu fu Ton Cl T < 0,002 Tab. II-3 Korngrößenfraktionen nach DIN EN ISO und DIN 4022 > 2 bis 63 > 20 bis 63 > 6,3 bis 20 > 2 bis 6,3 > 0,063 bis 2,0 > 0,63 bis 2,0 > 0,2 bis 0,63 > 0,063 bis 0,2 > 0,002 bis 0,063 > 0,02 bis 0,063 > 0,0063 bis 0,02 > 0,002 bis 0, Reine Bodenarten Reine Bodenarten bestehen nur aus einem Korngrößenbereich nach Tab. II-3 und werden nach diesem benannt, z.b. Kies, Feinsand.

16 Seite II Zusammengesetzte Bodenarten Zusammengesetzte Bodenarten werden mit einem Substantiv für den Hauptanteil und mit einem oder mehreren Adjektiven für die Nebenanteile bezeichnet, z.b. Kies, sandig; Ton, kiesig. Hauptanteil Hauptanteil ist entweder die Bodenart, die nach Massenanteil am stärksten vertreten ist, oder jene, die die bestimmenden Eigenschaften des Bodens prägt. Definition nach DIN Der Hauptanteil ist bei sehr grobkörnigen Böden die relevante sehr grobe Kornfraktion, die den Massenanteil am stärksten bestimmt. Die sehr grobe Kornfraktion sollte von der Probe abgetrennt werden, bevor der feine und grobe Anteil bestimmt wird. Bei grobkörnigen Böden ist der Hauptanteil die relevante grobe Kornfraktion, die den Massenanteil am stärksten bestimmt, bei gemischtkörnigen Böden, wenn der Feinkorn- Massenanteil das Verhalten des Bodens nicht bestimmt. Anm.: Das Feinkorn bestimmt dann nicht das Verhalten eines gemischtkörnigen Bodens, wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (nach DIN EN ISO , Abschnitt 5.6) keine oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist oder wenn er bei sinngemäßer Anwendung des Knetversuches (nach DIN EN ISO , Abschnitt 5.8) keine Knetfähigkeit zeigt. In beiden Fällen wird die Benennung nach den Korngrößenbereichen gewählt, die in Tab. II-4 den robkornbereich unterteilt, z.b. Kies (r), Sand (Sa), Mittelkies (MSa), Feinsand (FSa). Sind bei grobkörnigen Böden zwei Korngrößenbereiche in etwa gleichen Massenanteilen vertreten, so sind deren Substantive durch einen Schrägstrich zu verbinden, z.b. Kies/Sand (r/sa), Fein-/Mittelsand (FSa/MSa). Der Hauptanteil ist bei feinkörnigen Böden die relevante feine Kornfraktion, die das Verhalten des Bodens bestimmt.

17 Seite II-17 Anm.: Das Feinkorn bestimmt dann das Verhalten eines gemischtkörnigen Bodens, wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit nach dem Versuche (nach DIN EN ISO , Abschnitt 5.6) aufweist und/oder knetbar nach dem Versuch (nach DIN EN ISO , Abschnitt 5.8) ist. In beiden Fällen wird entweder die Benennung Ton oder Schluff gewählt. Welche von diesen zutrifft hängt nicht von der Korngrößenverteilung, sondern ausschließlich von den plastischen Eigenschaften des Feinkornanteils ab. Die Unterscheidung zwischen Schluff und Ton erfolgt nach DIN EN ISO mit Hilfe von Trockenfestigkeitsversuchen, Schüttelversuchen, Knetversuchen und Reibe- und Schneideversuchen (vgl. DIN EN ISO Abschnitt 5.6, 5.7, 5.8 und 5.9). Eine genaue Unterscheidung ist nur durch Laborversuche zur Bestimmung der Fließgrenze w L und der Ausrollgrenze w P möglich. Anm.: Die Mindestgröße einer Bodenprobe, die für eine genaue Benennung und Beschreibung erforderlich ist nimmt mit dem rößtkorn zu. Definition nach DIN 4022 Der Hauptanteil ist die nach Massenanteilen am stärksten vertretene Bodenart bei grobkörnigen Böden, deren Feinkornanteil (Schluff und/oder Ton) weniger als 5 % beträgt, bei gemischtkörnigen Böden, deren Feinkornanteil (Schluff und/oder Ton) 5 % bis 40 % beträgt, wenn dieser das Verhalten des Bodens nicht bestimmt. Anm.: Das Feinkorn bestimmt dann nicht das Verhalten eines gemischtkörnigen Bodens, wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (nach DIN 4022, Abschnitt 8.5) keine oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist oder wenn er bei sinngemäßer Anwendung des Knetversuches (nach DIN 4022, Abschnitt 8.7) keine Knetfähigkeit zeigt. In beiden Fällen wird die Benennung nach den Korngrößenunterbereichen gewählt, die in Tab. II-3 den robkornbereich unterteilen, z.b. Kies (), Sand (S), Mittelkies (ms), Feinsand (fs). Sind bei grobkörnigen Böden zwei Korngrößenbereiche mit etwa gleichen Massenanteilen vertreten (40 % bis 60 %), so sind deren Substantive durch ein und zu verbinden, z.b. Kies und Sand, Fein- und Mittelsand.

18 Seite II-18 Der Hauptanteil ist die Bodenart, welche die bestimmenden Eigenschaften des Bodens prägt: bei feinkörnigen Böden, also bei Böden, deren Feinkorn-Massenanteil mehr als 40 % beträgt, bei gemischtkörnigen Böden, wenn der Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt. Anm.: Das Feinkorn bestimmt dann das Verhalten eines gemischtkörnigen Bodens, wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (nach DIN 4022, Abschnitt 8.5) mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist und/oder im Knetversuch (nach DIN 4022, Abschnitt 8.7) knetbar ist. In beiden Fällen wird entweder die Benennung Ton oder Schluff gewählt. Ob es sich um einen Ton oder um einen Schluff handelt, hängt nicht von der Korngrößenverteilung, sondern ausschließlich von den plastischen Eigenschaften des Feinkornanteils ab. Um einen Ton handelt es sich, wenn der Boden im Plastizitätsdiagramm (Abb. II-8) über der A-Linie liegt und wenn die Plastizitätszahl I P > 7 ist. Liegt er unterhalb der A-Linie oder ist I P < 4, so handelt es sich um einen Schluff. (Bestimmung der Plastizitätszahl: siehe Kap. XV.2) Tone, schluffig Plastizitätszahl I P [%] Tone Schluffe, tonig A - Linie I P = 0,73 (w L -20) 10 Schluffe Zwischenbereich leicht mittelplastisc ausgeprägt plastisch Fließgrenze w L [%] Abb. II-8 Plastizitätsdiagramm zum Benennen von Bodenarten nach DIN 4022

19 Seite II-19 Nebenanteile Definition nach DIN EN ISO Bei der Benennung von Nebenanteilen ist zu unterscheiden, ob es sich um feinkörnige oder grobkörnige Nebenanteile handelt. Die Adjektive der Nebenanteile werden in der Reihenfolge ihrer Bedeutung dem Substantiv des Hauptanteils beigefügt, z.b. Kies, sandig (sar); Schluff, feinsandig, grobsandig (fsacsasi). Sind grobkörnige Nebenanteile in besonders geringem und besonders starkem Umfang vertreten, so wird dem Adjektiv das Beiwort schwach oder stark vorangesetzt. Ist die Körnungslinie bekannt, so sollten die Massenanteile bei weniger als 15 % als schwach und bei mehr als 30 % als stark benannt werden (z.b. Kies, stark sandig bzw. sa*r; Sand, stark kiesig, tonig bzw. clgr*sa). Bei Böden deren Verhalten vom Feinkornanteil geprägt ist, wird auch das Vorhandensein feinkörniger Nebenanteile aufgrund der plastischen Eigenschaften nach den Versuchen der DIN EN ISO in Abschnitt 5.6, 5.7, 5.8 und 5.9 als Schluff oder Ton beurteilt (z.b. Schluff, tonig, schwach sandig bzw. sa clsi; Sand, stark tonig, schwach feinkiesig bzw. gr cl*sa). Bei feinkörnigen Anteilen wird dem Adjektiv das Beiwort schwach oder stark vorangesetzt, wenn sie von besonders geringem oder besonders starkem Einfluss auf das Verhalten des Bodens sind. Derartige Unterscheidungen sind aber nur bei grobkörnigen Böden und bei gemischtkörnigen Böden möglich, deren Verhalten nicht vom Feinkornanteil geprägt wird (z.b. Kies, sandig, schwach schluffig bzw. si sar; Sand, stark tonig, schwach feinkiesig bzw. fgr cl*sa). Definition nach DIN 4022 Bei der Benennung von Nebenanteilen ist zu unterscheiden, ob es sich um feinkörnige oder grobkörnige Nebenanteile handelt. Die Adjektive der Nebenanteile werden in der Reihenfolge ihrer Bedeutung dem Substantiv des Hauptanteils nachgestellt. Sind grobkörnige Nebenanteile in besonders geringem und besonders starkem Umfang vertreten, so wird dem Adjektiv das Beiwort schwach oder stark vorangesetzt. Ein Anteil unter 15 % wird als "schwach", ein Anteil zwischen 30 % und 40 % als "stark" bezeichnet (z.b. Kies, stark sandig bzw., s*; Sand, tonig, stark kiesig bzw. S, t, g*). Um einen feinkörnigen Nebenanteil handelt es sich, wenn der Anteil an Feinkorn die bestimmenden Eigenschaften des Bodens nicht prägt. Ein Ton ist schluffig und ein

20 Seite II-20 Schluff ist tonig, wenn die Plastizitätszahlen I P im Plastizitätsdiagram (Abb. II-8) weniger als 3 % über oder unter der A-Linie liegen (z.b. Schluff, tonig, schwach sandig bzw. U, s, t; Sand, stark tonig, schwach feinkiesig bzw. S, fg, t*). Bei feinkörnigen Nebenanteilen wird dem Adjektiv tonig oder schluffig das Beiwort schwach oder stark dann vorangesetzt, wenn sie von besonders geringem oder besonders starkem Einfluss auf das Verhalten des Bodens sind. Derartige Unterscheidungen sind aber nur bei grobkörnigen Böden und bei gemischtkörnigen Böden möglich, deren Verhalten nicht vom Feinkornanteil geprägt wird (z.b. Kies, sandig, schwach schluffig bzw., u,s; Sand, stark tonig, schwach feinkiesig bzw. S, fg, t*) Organogene und organische Böden Neben den anorganischen Böden unterscheidet man organogene Böden, d.h. unter Mitwirkung von Organismen gebildete, aber in der Substanz anorganische Böden wie Kalksande, Seekreide, Kieselgur, und organische Böden, die teilweise aus Pflanzen- und Tierresten bestehen. Zu diesen gehören emische organischer und anorganischer Schwebund Sinkstoffe, wie Mudde oder Faulschlamm sowie die aus überwiegend pflanzlichen Zersetzungsprodukten bestehenden Torfe, die einen hohen lühverlust und Wassergehalte von bis zu 1500 % aufweisen können. Benennung organische Bestandteile Bemerkung Torf pflanzliche Reste rein organisch Mudde Humus pflanzliche und tierische Reste pflanzliche Reste, lebende Organismen und deren Ausscheidungen mit anorganischen Bestandteilen durchsetzt bildet mit anorganischen Bestandteilen Oberboden (Mutterboden) Tab. II-4 Organische Bodenarten und Beimengungen Der ehalt an organischer Substanz wird durch den lühverlust V gl bestimmt (siehe Kapitel XV.8). Böden mit hohem organischem Anteil sind i.d.r. gründungstechnisch schwierig zu handhaben, da starke Baugrundverformungen aufgrund im Boden stattfindender Zersetzungsprozesse auftreten können. Kalk trägt in Böden zur Bildung feiner Strukturen bei, die die Festigkeit stark beeinflussen können. Kommt es zur Entkalkung kann sich das bodenmechanische Verhalten der Böden verändern. Beispiel hierfür ist die Entkalkung von Löss, bei der tonige Reste der

21 Seite II-21 Lösslehm zurückbleiben. Im Hinblick auf diese Veränderung ist die Kenntnis des Kalkgehalts V Ca bei Inanspruchnahme organogener Böden stets von Interesse (siehe Kap. XV.9).

22 Seite II-22 Wurde der Boden natürlich abgelagert? NEIN JA NATÜRLICHE BÖDEN Enthält der Boden organische Bestandteile oder hat er einen organischen eruch? JA NEIN Hat der Boden eine geringe Dichte? JA NEIN Entfernen von Steinen und Kies (> 63 mm) Wiegen sie mehr als der Rest Klebt der Boden im nassen JA des Bodens? NEIN Zustand? NEIN JA SEHR ROB- KÖRNIER BODEN ROBKÖRNIER BODEN FEINKÖRNIER BODEN VULKANISCHER BODEN ORANISCHER BODEN AUFFÜLLMATERIAL Weist der Boden eine Sind die meisten Partikel > Sind die meisten Partikel > 2 geringe Plastizität, Dilatanz Enthält der Boden natürliches 200 mm? mm? und Trockenfestigkeit auf? Material? JA JA JA JA NEIN NEIN NEIN NEIN BLÖCKE STEINE KIES SAND SCHLUFF TON Beschreibung nach 5.13 Beschreibung nach 5.11 Beschreibung wie für natürliche Böden Beschreibung der Anteile, Bedingungen und Art der Bodenbestandteile Beschreibung der Nebenanteile Beschreibung der Korngrößenverteilung Beschreibung der Kornform Beschreibung der Trennflächen und Schichten 4.8 Beschreibung der Farbe 5.5 Beschreibung der Dichte Beschreibung der Nebenanteile Beschreibung der Korngrößenverteilung Beschreibung der Kornform Beschreibung der Trennflächen und Schichten 4.8 Beschreibung der Farbe 5.5 Beschreibung der Dichte Beschreibung der Nebenanteile Beschreibung der Plastizität 4.4 Beschreibung des organischen Anteils 4.5 Beschreibung der Trennflächen und Schichten 4.8 Beschreibung der Farbe 5.5 Beschreibung der Konsistenz 5.14 Beschreibung der Nebenanteile Beschreibung der Plastizität 4.4 Beschreibung des organischen Anteils 4.5 Beschreibung der Farbe 5.5 Beschreibung der Konsistenz 5.14 Unterscheidung zwischen Auffüllung (kontrollierte Ablagerung) und Künstliches elände (unkontrollierter Ablagerung) Hinzufügen von weiteren Informationen und Nebenbestandteilen Ergänzung der eologischen Bezeichnung 4.10 Entfernen von Steinen und Kies Ergänzung von weiteren Informationen und Nebenbestandteilen Ergänzung der eologischen Bezeichnung4.10 Entfernen von Steinen und Kies Hinzufügen von weiteren Informationen und Nebenbestandteilen Ergänzung der eologischen Bezeichnung 4.10 Entfernen von Steinen und Kies Hinzufügen von weiteren Informationen und Nebenbestandteilen Ergänzung der eologischen Bezeichnung 4.10 Abb. II-9 Vorgehensweise beim Benennen von Bodenarten nach DIN EN ISO

23 Seite II-23 Abb. II-10 Vorgehensweise beim Benennen von Bodenarten nach DIN 4022

24 Seite II Auszug aus DIN 4023, Kurzzeichen und Farbkennzeichnungen für Bodenarten und Fels Benennung Kurzzeichen Zeichen Farbkennzeichnung Bodenart Beimengung Bodenart Beimengung Farbname Farbzeichen nach DIN 6164 Teil 1 Kies kiesig g robkies grobkiesig g gg Mittelkies mittelkiesig m mg gelb 2 : 6 : 1 Feinkies feinkiesig f fg Sand sandig S s robsand grobsandig gs gs Mittelsand mittelsandig ms ms orange 6 : 6 : 2 Feinsand feinsandig fs fs Schluff schluffig U u oliv 1 : 4 : 5 Ton tonig T t violett 14 : 5 : 4 Torf, Humus torfig, humos H h dunkelbraun 5 : 2 : 6 Steine steinig X x gelb 2 : 6 :1 Blöcke mit Blöcken Y y gelb 2 : 6 : 1 Vulkanische Asche - V - grau N : 0 : 5,5 Braunkohle - Bk - dunkelbraun 5 : 2 : 6 Tab. II-5 Kurzformen, Zeichen und Farbkennzeichnung für Bodenarten

25 Seite II Benennung Kurzzeichen Zeichen Farbname Farbkennzeichnung Farbzeichen nach DIN 6164 Teil 1 Mutterboden Mu Mu gelblichbraun 4 : 5 : 3 Verwitterungslehm, Hanglehm L grau N : 0 : 5,5 Hangschutt Lx grau N : 0 : 5,5 eschiebelehm Lg grau N : 0 : 5,5 eschiebemergel Mg violettblau 15 : 6 : 4 Löß Lö oliv 1 : 4 : 5 Lößlehm Löl oliv 1 : 4 : 5 Klei, Schlick Kl lila 11 : 4 : 4 Wiesenkalk, Seekalk, Seekreide, Kalkmudde Wk hellblau 17 : 5 : 2 Bänderton Bt violett 14 : 5 : 4 Mudde (Faulschlamm) F lila 11 : 4 : 4 Auffüllung A A - - Kreidestein Krst hellblau 17 : 5 : 2 Kalktuff Ktst hellblau 17 : 5 : 2 Tab. II-6 Kurzformen, Zeichen und Farbkennzeichnungen für gebräuchliche nichtpetrographische Bezeichnungen von Boden und Fels

26 Seite II Benennung Kurzzeichen Zeichen Farbname Farbkennzeichnung Farbzeichen nach DIN 6164 Teil 1 Konglomerat Ko gelb 2 : 6 : 1 Brekzie Br gelb 2 : 6 : 1 Sandstein Sst orange 6 : 6 : 2 Schluffstein Ust oliv 1 : 4 : 5 Tonstein Tst violett 14 : 5 : 4 Mergelstein Mst violettblau 15 : 6 : 4 Kalkstein Kst dunkelblau 17 : 5 : 4 Dolomitstein Dst dunkelblau 17 : 5 : 4 Anhydrit Ahst gelbgrün 23 : 6 : 3 ips yst gelbgrün 23 : 6 : 3 Salzgestein Sast gelbgrün 23 : 6 : 3 Verfestigte vulkanische Aschen (Tuffstein) Vst grau N : 0 : 5,5 Steinkohle Stk dunkelbraun 5 : 2 : 6 Quarzit Q rosa 9 : 3 : 2 Vulkanit (z.b. Basalt) Vu rot 8 : 7 : 2 Plutonit (z.b. ranit) Pl rot 8 : 7 : 2 Massige Metamorphite Mem rot 8 : 7 : 2 Blättrige, feinschichtige Metamorphite (limmerschiefer, Phyllit) Tab. II-7 Meb violett 14 : 5 : 4 Kurzformen, Zeichen und Farbkennzeichnungen für Felsarten

27 Seite II-27 Zeichen Benennung Proben Probe Nr. 2, entnommen mit einem Verfahren der Entnahmekategorie A z.b. aus 19,0 m Tiefe = NN + 352,1 m Probe Nr. 1, entnommen mit einem Verfahren der Entnahmekatregorie B z.b. aus 5,2 m Tiefe = NN+ 114,8 m für Untersuchungen ausgewählt Probe Nr. 1, entnommen mit einem Verfahrend der Entnahmekategorie C z.b. aus 15,5 m Tiefe = NN + 475,7 m Wasserprobe Nr. 8 z.b. aus 11,9 m Tiefe = NN + 56,9 m gekernte Strecke Angaben zum rundwasser rundwasseroberfläche ( beim Aufschluss angetroffen ) z.b. am in 8,9 m unter elände angebohrt rundwasserstand nach Beendigung der Bohrung oder bei Änderung des Wasserspiegels nach seinem Antreffen jeweils mit Angaben der Zeitdifferenz in Stunden (z.b. 3 h) nach Einstellen der Ruhe z.b. am in 8,9 m unter elände angebohrt Ruhewasserstand z.b. am bei NN + 118,0 m in einer rundwassermessstelle rundwasseranstieg während oder nach der Aufschlusstätigkeit z.b. am rundwasser in 15,8 m unter elände = NN + 355,7 m angebohrt, Anstieg des Wasser bis 5,8 m unter elände = NN + 365,7 nach 10 Stunden Wasser versickert z.b. am in NN + 11,7 m Angaben zum Trennflächengefüge Fallrichtung und Fallen von Trennflächen z.b. 25 nach SE: 135/25 Tab. II-8 Zeichen für einige wichtige Eigenschaften, die links der Säule eingetragen werden

28 Seite II-28 Benennung Zeichen nass (Verwässerungszone oberhalb des rundwassers) klüftig Konsistenz feinkörniger Böden breiig weich steif halbfest fest Lagerungsdicht grobkörniger Böden a locker bis sehr locker mitteldicht dicht sehr dicht Verwitterungsstufen nach DIN EN ISO frisch (Stufe 0) schwach verwitter (Stufe 1) mäßig bis stark verwittert (Stufe 2 bis 3) vollständig verwittert (Stufe 4) a Nicht direkt aus dem Bohrvorgang bestimmbar. Tab. II-9 Zeichen für einige bautechnische wichtige Eigenschaften, die rechts der Säule eingetragen werden

29 Seite II Klassifikation von Böden nach DIN Nach DIN werden Bodenarten in ruppen mit annähernd gleichem stofflichen Aufbau und ähnlichen bodenphysikalischen Eigenschaften zusammengefasst. Die Einordnung von Bodenarten in Bodengruppen ist allein nach der stofflichen Zusammensetzung und unabhängig von Wassergehalt und Dichte des Bodens vorzunehmen. Sie wird nach den im Folgenden näher beschriebenen Merkmalen vorgenommen Korngrößenbereich Bei der Bodenklassifizierung werden nur Korngrößenbereiche bis zu einem rößtkorn von 63 mm Durchmesser berücksichtigt. Ein grobkörniger Boden (Schlämmkornanteil < 5 ew.-%) wird nach der Korngrößenverteilung (Kap. II.3.3.2) klassifiziert. Bei einem feinkörnigen Boden (Schlämmkornanteil > 40 ew.-%) sind für die Klassifizierung ausschließlich die plastischen Eigenschaften (Kap. II.3.3.3) maßgebend. Ein gemischtkörniger Boden (5 ew.-% < Schlämmkornanteil < 40 ew.-%) wird sowohl nach der Korngrößenverteilung, als auch nach den plastischen Eigenschaften eingestuft Korngrößenverteilung Bei der Bodenklassifikation grobkörniger und gemischtkörniger Böden ist anhand ihrer Korngrößenverteilung der Hauptbestandteil festzustellen. Hauptbestandteil Kurzzeichen Massenanteil des Korns 2 mm Kieskorn (rant) bis 60 % Sandkorn S über 60 % Tab. II-10 Hauptgruppen nach den Hauptbestandteilen

30 Seite II-30 Nach Feststellung des Hauptbestandteils sind grobkörnige Böden anhand der Ungleichförmigkeitszahl C u und der Krümmungszahl C c in eng gestufte, weit gestufte und intermittierend gestufte Böden zu unterteilt (siehe Kap. XV.3.4). Benennung Kurzzeichen C u C c eng gestuft E < 6 beliebig weit gestuft W intermittierend gestuft I 6 < 1 oder > 3 Tab. II-11 Unterteilung grobkörniger Böden in Abhängigkeit von der Ungleichförmigkeitszahl C u und der Krümmungszahl C c emischtkörnige Böden werden nach Tab. II-12 nach den Massenanteilen des Feinkorns weiter unterteilt. Zur Unterscheidung, ob es sich bei dem Feinkornanteil um einen Ton T oder einen Schluff U handelt, sind die plastischen Eigenschaften des Bodens zu untersuchen. Benennung Kurzzeichen Massenanteil des Feinkorns gering U oder T 5-15 % hoch U* oder T* über 15 bis 40 % Tab. II-12 Unterteilung gemischtkörniger Böden nach dem Massenanteil des Feinkorns Plastische Eigenschaften Die Bodenklassifikation feinkörniger (und gemischtkörniger) Böden erfolgt anhand des Wassergehaltes an der Fließgrenze w L und der Plastizitätszahl I p mittels Plastizitätsdiagramm in die Hauptbestandteile Ton und Schluff (Abb. II-11). Oberhalb der A-Linie handelt es sich um einen Ton, unterhalb um einen Schluff.

31 Seite II Plastizitätszahl I P [%] Sand-Ton- emische ST Zwischenbereich Sand-Schluff-emische SU leicht plastische Tone TL mittelplastische Tone TM Schluffe mit organischen Beimengungen und organogene Schluffe OU leicht plastische Schluffe UL sche Schluffe und mittelplasti- UM ausgeprägt plastische Tone TA A - Linie I P = 0,73 (w L - 20) Tone mit organischen Beimengungen organogene Tone OT und ausgeprägt zusammendrückbare Schluffe UA Fließgrenze w L [%] Abb. II-11 Plastizitätsdiagramm mit Bodengruppen Die feinkörnigen Böden werden anhand des Wassergehaltes an der Fließgrenze w L weiter unterteilt. Benennung Kurzzeichen w L leicht plastisch L < 35 % mittelplastisch M % ausgeprägt plastisch A > 50 % Tab. II-13 Einstufung feinkörniger Böden in Abhängigkeit vom Wassergehalt an der Fließgrenze w L

32 Seite II-32

33 Seite II-33

34 Seite II-34 Tab. II-14 Bodenklassifikation für Bautechnische Zwecke

35 Seite II-35 Spalte 10 Spalte 11 Spalten 12 bis 15 Spalten 16 bis sehr gering -- sehr schlecht -- sehr groß -- ungeeignet - gering - schlecht - groß - weniger geeignet -O mäßig -O mäßig -O groß bis mittel -O mäßig brauchbar O mittel O mittel O mittel O brauchbar +O groß bis mittel +O gut bis mittel +O gering bis mittel +O geeignet + groß + gut + sehr gering + gut geeignet ++ sehr groß ++ sehr gut ++ vernachlässigbar klein ++ sehr gut geeignet Tab. II-15 Bodenklassifikation für Bautechnische Zwecke, Legende: Bedeutung der qualitativen und wertenden Angaben 3.4 Boden- und Felsklassen nach DIN und DIN (VOB, Teil C) Zur Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) gehören Normen, die das Vertragswesen zwischen Auftraggebern und Auftragnehmern regeln. Dabei handelt es sich um Allgemeine Technische Vertragsbedingungen (ATV DIN). Sie sind für Vergaben öffentlicher Aufträge zwingend und stellen auch für privatrechtliche Verträge ein ausgewogenes Normativ dar. In den zugehörigen Normen DIN (Erdarbeiten) und DIN (Bohrarbeiten) sind Bodenklassen festgelegt, die den Aufwand beim Lösen und Laden, Bohren und beim Vortrieb klassifizierend berücksichtigen. DIN unterscheidet die folgenden 7 Bodenklassen: Klasse 1: Oberboden Oberste Schicht des Bodens, die neben anorganischen Stoffen, z.b. Kies-, Sand-, Schluff- und Tongemischen, auch Humus und Bodenlebewesen enthält. Klasse 2: Fließende Bodenarten Bodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasser schwer abgeben.

36 Seite II-36 Klasse 3: Leicht lösbare Bodenarten Sande, Kiese und Sand-Kies-emische mit höchstens 15% Massenanteil an Schluff und Ton Korngröße kleiner 0,063 mm und mit höchstens 30% Massenanteil an Steinen mit Korngröße über 63mm bis 200mm. Organische Bodenarten, die nicht von flüssiger bis breiiger Konsistenz sind, und Torfe Klasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten emische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit mehr als 15 % der Korngröße kleiner als 0,063 mm. Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind und höchstens 30% Massenanteil an Steinen enthalten. Klasse 5: Schwer lösbare Bodenarten Bodenarten nach den Klassen 3 und 4, jedoch mit über 30 % Massenanteil an Steinen. Bodenarten mit höchstens 30% Massenanteil an Blöcken der Korngröße über 200 mm bis 630 mm. Ausgeprägt plastische Tone, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind. Klasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten, die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt haben, jedoch stark klüftig, brüchig, bröckelig, schiefrig oder verwittert sind, sowie vergleichbare feste oder verfestigte Bodenarten (z.b. durch Austrocknung, efrieren, chemische Bindungen). Bodenarten mit über 30 % Massenanteil an Blöcken Klasse 7: Schwer lösbarer Fels Felsarten, die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt und eine hohe Festigkeit haben und die nur wenig klüftig oder verwittert sind, auch unverwitterter Tonschiefer, Nagelfluhschichten, verfestigte Schlacken und dergleichen. Haufwerke aus großen Blöcken mit Korngröße über 630 mm.

37 Seite II-37 DIN unterscheidet bei Lockergesteinen zwischen nichtbinden, bindigen und organischen Böden. Eine feinere Klassifizierung wird durch Einführung von Zusatzklassen in Abhängigkeit der Volumenanteile von Steinen und Blöcken zwischen 63 mm bis 200 mm sowie zwischen 200 mm bis 630 mm vorgenommen. Festgesteine und vergleichbare Böden werden nach einaxialen Druckfestigkeiten und Abstand vorhandener Trennflächen klassifiziert. Kriterium Klasseneinteilung Böden nichtbindige Böden BN bindige Böden BB Organische Böden BO Zusatzklassen für BN, BB, BO Korngrößen aufgrund von Steinen nach dem Volumenanteil der Steine und Blöcke mm mm bis 30 % BS1 BS3 über 30 % BS2 BS4 Fels Verwitterungsgrad bis 10 cm Trennflächenabstand > 10 cm bis 30 cm > 30 cm zersetzt In Klasse BB oder BN einzustufen entfestigt FV 1 angewittert FV 2 FV 3 unverwittert FV 4 FV 5 FV 6 Zusatzklassen für die Felsklassen FV 2 bis FV 6 Einaxiale Druckfestigkeit [MN/m 2 ] bis 20 FD 1 über 20 bis 80 FD 2 über 80 bis 200 FD 3 über 200 bis 300 FD 4 über 300 FD 5 Tab. II-16 Klassen nach DIN 18301

38 Seite II Beurteilung der Frostempfindlichkeit von Böden Die Frostempfindlichkeit von Böden spielt im Erdbau eine besondere Rolle. Frost führt in bindigen Böden dazu, dass kapillar angezogenes Wasser friert und sich Eiskristalle bilden, die unter Druckausübung und Verdrängung anwachsen. Nach dem Abtauen des Eises und unter Belastung brechen die entstandenen Hohlräume zusammen. Die Bundesanstalt für Verkehr gibt in den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTV E-StB 09) folgende Klassifizierung im Hinblick auf die Frostempfindlichkeit vor: Frostempfindlichkeit Bodenart (DIN 18196) F 1 Nicht frostempfindlich W, I, E SW, SI, SE F 2 ering bis mittel frostempfindlich TA OT, OH, OK ST, T SU, U *) F 3 Sehr frostempfindlich TL, TM UL, UM, UA OU ST*, T* SU*, U* *) Zu F1 gehörig bei einem Anteil an Korn < 0,063 mm von 5 ew.-% bei U 15 oder 15 ew.-% bei U 6. Im Bereich 6 < U < 15 kann der für eine Zuordnung zu F1 zulässige Anteil an Korn < 0,063 mm linear interpoliert werden. Tab. II-17 Beurteilung der Frostempfindlichkeit nach ZTV E-StB 09 Abb. II-12 Beurteilung der Frostempfindlichkeit nach ZTV E-StB 09

39 Seite II-39 Zur Beurteilung von Böden hinsichtlich ihrer Frostsicherheit ist eine Einordnung in die Bodengruppen nach DIN auf rundlage der folgenden Laborversuchen erforderlich (siehe Kapitel XV): Korngrößenverteilung nach DIN Zustandsgrenzen nach DIN lühverlustes nach DIN und Kalkgehaltes nach DIN 18129

40 Seite II-40 Literatur: [1] Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTV E-StB 09) (2009) Bundesministerium für Verkehr FSV Verlag mbh, Köln [2] DIN :2010 Lastannahmen für Bauten; Bodenkenngrößen, Wichte, Reibungswinkel, Kohäsion, Wandreibungswinkel Beuth, Berlin [3] DIN :1987 Benennen und Beschreiben von Boden und Fels Beuth, Berlin [4] DIN 4023:2006 Baugrund- und Wasserbohrungen Zeichnerische Darstellung der Ergebnisse Beuth, Berlin [5] DIN 18196:2011 Erd- und rundbau Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke Beuth, Berlin [6] DIN 18300:2012 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV); Erdarbeiten Beuth, Berlin [7] DIN 18301:2012 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV); Bohrarbeiten Beuth, Berlin [8] DIN EN ISO :2011 Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden, Teil 1: Benennung und Beschreibung Beuth, Berlin [9] rim, R. E. (1968) Clay Mineralogy, 2. Auflage, Mcraw-Hill Inc, New York

41 Seite II-41 [10] Kézdi, Á. (1973) Handbuch der Bodenmechanik Band 3, VEB Verlag für Bauwesen Berlin [11] Millot,. (1970) eology of Clays, Springer-Verlag Berlin öttingen Heidelberg [12] Press, F. (1995) Allgemeine eologie, Spektrum Akademischer Verlag