Untersuchungen zur Klassifizierung veränderlich fester Gesteine unter ingenieurgeologischen

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1 Nickmann, M., Spaun, G. & Thuro, K. (25): Untersuchungen zur Klassifizierung veränderlich fester Gesteine unter ingenieurgeologischen Aspekten. In: Moser, M. (ed.): Veröffentlichungen von der 15. Tagung Ingenieurgeologie, April 25, Erlangen S., Erlangen (Friedrich-Alexander-Universität), Untersuchungen zur Klassifizierung veränderlich fester Gesteine unter ingenieurgeologischen Aspekten Investigations about the Classification of weak rocks from the Aspect of Engineering Geology M. NICKMANN, G. SPAUN, K. THURO 1 Zusammenfassung Obwohl veränderlich feste Gesteine bei zahlreichen Bauprojekten angetroffen werden, zeigt sich, dass die bisher gebräuchlichen und genormten Untersuchungen nicht im vollen Umfang geeignet sind, das sehr unterschiedliche unmittelbare und längerfristige Verhalten dieser Gesteine in der Praxis zu erfassen. Eine falsche Einschätzung kann jedoch zu bedeutenden Problemen bei Stabilität, Gebirgslösung, Abtransport oder Wiedereinbau des gelösten Materials führen. An verschiedenen Gesteinen (Sandsteine, Tonsteine, Mergel) aus 7 Lokalitäten wurden neben dem Gesteinsverhalten in Wasserlagerungsversuchen und Trocknungs- Befeuchtungs-Wechseln auch zahlreiche boden- und felsmechanische Parameter bestimmt. Eine Klassifizierung aufgrund des Verhaltens im Trocknungs-Befeuchtungs-Wechsel führt zur Abgrenzung von fünf Veränderlichkeitsklassen. Möglichkeiten der Abgrenzung der veränderlich festen Gesteine von den Lockergesteinen einerseits und den Festgesteinen andererseits werden diskutiert. Die Ursache der Veränderlichkeit wird in der Gefügefestigkeit, einem Zusammenwirken mehrerer Parameter wie Druckfestigkeit, Kornverteilung, Porenvolumen und Quellfähigkeit gesehen. Keywords: Wasserlagerungsversuch, Trocknungs-Befeuchtungs-Wechsel, Veränderlichkeitsklassen, Gefügefestigkeit, Kristallisationsversuch, Porenvolumen, Quellfähigkeit, Einaxiale Druckfestigkeit. Abstract Although weak rocks often occur in engineering projects in Southern Germany and adjacent regions, there are only a few and often insufficient testing methods of durability. Several projects clearly demonstrated that the slaking durability of rock varies in many ways from spontaneous decay to slow disintegration within months to years. The effected tests showed that the usual investigations contained in the international standards (DIN, ASTM, ISRM) are not completely suited to describe the immediate and the long term behaviour of weak rock in the practice. A wrong estimation may cause important problems concerning stability, excavation, transport and reuse of the excavated material. In this study different rock types of sandstone, mudstone and marl from 7 locations were investigated. Not only the behaviour of rock in simple and cyclic slaking tests, but also many different rock parameters were determined. A classification based on the behaviour in a modified cyclic slaking test results in the separation of five categories of durability. The separation of weak rocks from strong rocks on the one hand and soils on the other hand could be possible with the crystallization test ( Kristallisationsversuch ) and with the void content. The slaking durability is not caused by only one rock parameter, but by a combination of several parameters, called structural strength ( Gefügefestigkeit ) such as uniaxial compressive strength (UCS), indicating the strength of the matrix, the grain size, and here especially the content of clay minerals, the swelling potential and the void content being a degree for permeability. Keywords: slaking durability, slaking test, wetting-drying-test, void content, grain size, uniaxial compressive strength, crystallization test, structural strength, swelling potential. 1 Einführung Veränderlich feste Gesteine nehmen in Süd- und Mitteldeutschland und angrenzenden Regionen wie den Kalkalpen große Teile der oberflächennahen Gesteinsschichten ein. Daher sind sie auch bei Baumaßnahmen tiefen Baugruben, Tunnelprojekten und Tagebauen häufig am Aufbau des Baugrundes beteiligt. Allerdings wird i.d.r. der Untersuchungsaufwand zum Verhalten dieser Gesteine im Zuge der Baumaßnahme äußerst selten der Häufigkeit und den bautechnisch-ingenieurgeologischen Problemen gerecht. Das mag u.a. an der Schwierigkeit liegen, die Methodik aus Fels- und Bodenmechanik auf diese Gesteine anzuwenden. Häufig wird daher einer vermeintlichen Kenntnis des Gesteinsverhaltens mehr Vertrauen geschenkt als der versuchstechnischen Annäherung. So problematisch die Klassifizierung veränderlich fester Gesteine und die Abgrenzung v.a. von den (bindigen) Lockergesteinen auch sein mögen, so notwendig sind sie für Planung, Bauabwicklung und für den Bauvertrag. Wird das Verhalten des Gebirges falsch eingeschätzt, wirkt sich dieses sowohl in der Bauphase durch Zeit- und Kostensteigerung als auch in der Qualität des Bauwerkes aus. Im Rahmen einer Dissertation 1 Dipl.-Geol. Marion Nickmann, em. Univ.-Prof. Dr. Georg Spaun, Univ.-Prof. Dr. Kurosch Thuro, Lehrstuhl für Ingenieurgeologie der TU München, Arcisstr. 21, 829 München, marion.nickmann@geo.tum.de, thuro@tum.de. 157

2 15. Tagung für Ingenieurgeologie Erlangen 25 wurde daher das Verhalten veränderlich fester Gesteine untersucht, um eine in der Praxis brauchbare Untersuchungs- und Klassifizierungsmethode zu erarbeiten und die Abgrenzung dieser Gesteine von bindigen Lockergesteinen mit fester Konsistenz und von dauerhaft festen Festgesteinen deutlicher zu machen. 1.1 Stellung der veränderlich festen Gesteine In den im deutschsprachigen Raum geltenden Normen (DIN EN , SIA 199) werden die veränderlich festen Gesteine zu den Festgesteinen / Fels gestellt. Von den Festgesteinen i.e.s. unterscheiden sie sich durch ihre Eigenschaft, ihren Zusammenhalt bei Exposition gegenüber den Atmosphärilien innerhalb kurzer Zeit (Tage bis wenige Jahre) zu verlieren. Dieser Festigkeitsverlust ist im Gegensatz zu vielen bindigen Lockergesteinen nicht reversibel, kann also unter den aktuellen Bedingungen nicht rückgängig gemacht werden. Trotz dieser Zuordnung stellen die veränderlich festen Gesteine bezüglich ihres Verhaltens ein Zwischenglied zwischen den (bindigen) Lockergesteinen einerseits und den dauerhaft festen Festgesteinen (Festgesteine i.e.s.) andererseits dar, wobei die Gesteinsgruppen durch geologische Vorgänge ineinander übergehen können und die Grenzen damit fließend sind (s. Fig. 1). Diagenese Fester Zusammenhang Bindige Lockergesteine reversible Festigkeit abhängig von Konsistenz Metamorphose Umwandlung wasserempfindlicher Minerale Veränderlich feste Gesteine Festigkeitsänderung durch Feuchtigkeitswechsel Festgesteine i.e.s. keine Festigkeitsänderungen unter Normalbedingungen 2 Bearbeitete Gesteine und Untersuchungen 2.1 Untersuchte Gesteine Im Zuge der Untersuchungen wurde ein möglichst großes Spektrum von unterschiedlichen veränderlich festen Gesteinen und Lockergesteinen getestet. Hauptaugenmerk wurde darauf gelegt, möglichst frisches Material zu untersuchen, wie es in laufenden Tunnelvortrieben oder in Steinbrüchen mit laufendem Abbau gewonnen wird. In Tab. 1 wird eine kurze Zusammenstellung der bearbeiteten Gesteine und der Projekte gegeben. Tab. 1: Übersicht über die bearbeiteten Gesteine. Tab. 1: View of the investigated rock materials. Projekt / Ort Geologische Gesteine Tunnel Euerwang, NBS Ingolstadt- Nürnberg Tunnel Sandberg, Thüringen Tunnel Dresden Bramschstraße Sondierstollen Achrain, Vorarlberg Zementwerk Leube, Salzburg Zementwerk Rohrdorf Sandgrube Derching Formation Eisensandstein, Ornatenton, Oxford- Mergel Buntsandstein Pläner Mergel Weissach-, Tonmergelschichten Schrambach-, Roßfeldschichten Stockletten Obere Süßwassermolasse (OSM) Sandsteine Sand-Tonsteine Sandsteine Tonschluffsteine Tonschluffsteine, Kalkmergelsteine, Sandmergelsteine Sandmergelsteine Tone, sandige Tone (Lockergesteine) 2.1 Untersuchungsprogramm Verwitterung Fig. 1: Stellung und Abgrenzung der veränderlich festen Gesteine. Fig. 1: Location and separation of weak rocks. 1.2 Arten der veränderlichen Festigkeit Verwitterung Betrachtet man die Bandbreite der veränderlich festen Gesteine, so wird ein deutlich unterschiedliches Verhalten erkennbar: Unmittelbarer Zerfall nach Wasserzutritt in kleine Bestandteile (Aggregate oder Einzelkörner) (s. Fig. 5). Zerlegung in Aggregate nach Austrocknen und Wiederbefeuchten (z.b. durch Niederschlag) innerhalb von Tagen bis Wochen (s. Fig. 4) Langsames Zerbrechen in Aggregate innerhalb von Monaten bis Jahren. Durch diese stark variierenden Formen der veränderlichen Festigkeit ergeben sich unterschiedlichste Auswirkungen auf das Baugeschehen in Bezug auf Lösbarkeit, Transportfähigkeit, Stabilität und Wiedereinbaufähigkeit der Gesteine. Die Untersuchung von veränderlich festen Gesteinen ist u.a. darum so schwierig, weil es kein normiertes Untersuchungsprogramm gibt. Weder die fels- noch die bodenmechanischen Versuche sind ausreichend und in vollem Maß auf die veränderlich festen Gesteine zu übertragen. Außerdem müssen oft besondere Ansprüche an die Versuchsdurchführung oder die Prüfkörperformatierung gestellt werden, wie z.b. trockene Arbeitsweise beim Präparieren von Prüfkörpern oder schonende Siebung beim Wasserlagerungsversuch (s. Kap. 4.1). Das in der vorliegenden Arbeit durchgeführte Untersuchungsprogramm enthält daher Prüfmethoden sowohl der Fels- als auch der Bodenmechanik: Untersuchungen zur Beurteilung der Veränderlichkeit: Wasserlagerungsversuche, Trocknungs- Befeuchtungs-Wechsel, Kristallisationsversuche Mineralogisch-petrographische Untersuchungen: Dünnschliffanalysen (Mineralbestand, Gefüge), Karbonatgehaltbestimmung, Röntgendiffraktometeranalysen, REM-Untersuchungen, Pulverquellversuche Gesteinsphysikalische Untersuchungen: Wassergehalt, Dichte, Porenvolumen, Korngrößenverteilung 158

3 15. Tagung für Ingenieurgeologie Erlangen 25 Untersuchungen zur Festigkeit: Einaxiale Druckversuche, Punktlastversuche 3 Derzeitiger Untersuchungsstandard Zur Untersuchung und Bewertung der Veränderlichkeit wird i.d.r. der sog. Wasserlagerungsversuch nach DIN 22 T1 bzw. DIN EN angewendet. Nach 24-stündiger Wasserlagerung werden die Proben anhand des optischen Befundes in 5 Veränderlichkeitsgrade eingeteilt (s. Tab. 2). Bei der Durchführung und Auswertung der Wasserlagerungsversuche ergaben sich folgende Probleme: Optischer Befund ist z.t. subjektiv Lockergesteine und Festgesteine i.e.s. werden nicht abgetrennt, sondern sind in den Graden 1 bzw. 5 mit enthalten. Grenzziehung dauerhaft fest veränderlich fest ist nicht möglich, da die Beanspruchung zu gering ist. Schlechte Auflösung bei schwacher Veränderlichkeit (Grad 1) bedeutet unter Umständen zu gute Einschätzung des Gesteins. Wechselweise Beanspruchung (Verhältnisse in der Natur) findet nicht statt. Unterscheidung Fest-/Lockergestein ist nicht möglich (z.t. identisches Verhalten, s. Fig. 2). Insgesamt zeigt sich, dass der Wasserlagerungsversuch nicht geeignet ist, das Verhalten veränderlich fester Gesteine ausreichend zu erfassen und zu klassifizieren. Als weiterer Versuch zur Untersuchung der Zerfallsbeständigkeit wurde 22 der Siebtrommelversuch eingeführt (DGGT 22), der im Wesentlichen dem Slake durability test (ISRM, 1997) entspricht. Als Hauptproblem neben dem relativ großen technischen Aufwand wird die Verwendung von getrocknetem Material gesehen, wodurch der Versuch nicht die natürlichen Bedingungen simuliert. Besonders das Sofortverhalten von Gesteinen mit starker Veränderlichkeit wird somit nicht erfasst. 4 Klassifizierung veränderlich fester Gesteine 4.1 Veränderlichkeitsklassen Die hier vorgestellte Klassifizierung, die eine bessere Untergliederung veränderlich fester Gesteine erlaubt, beruht auf einer Modifizierung des Wasserlagerungsversuches: In Anlehnung an die Untersuchungen von RUCH (1985) wurde ein dreifacher Trocknungs-Befeuchtungs-Wechsel durchgeführt. Die erste Wasserlagerung erfolgt an einer frischen Probe mit natürlichem Wassergehalt. Es wird sowohl die Sofortreaktion als auch der Probenzustand nach 24 Stunden Wasserlagerung festgestellt. Um quantitative Aussagen über den Zerfall treffen zu können, wird nach jeder Wasserlagerung mittels einer schonenden Siebung die Korngrößenverteilung der entstandenen Aggregate und Körner ermittelt. Nach Ofentrocknung bei 5 C wird die Probe zwei weiteren Wasserlagerungen mit anschließender Siebung und Trocknung zugeführt. Trägt man die jeweilige Masse des größten verbleibenden Stückes gegen die Wechsel auf, lassen sich fünf verschiedene Klassen unterscheiden (s. Fig. 2). verbleibende Masse [%] Fig. 2: Zerfallsverlauf bei dreifachem Trocknungs-Befeuchtungs-Wechsel. Es können 5 Klassen abgetrennt werden. Eckige Markerungen sind Lockergesteine. Fig. 2: Course of the disintegration in a 3-cyclic wettingdrying-test. It is possible to separate 5 categories of durability. Angular points are soils. Fig. 2 zeigt, dass sowohl das Verhalten bei der einmaligen Wasserlagerung als auch der Zerfall bis zum dritten Wechsel ein diskriminierender Parameter ist. Trägt man die Massen-% der jeweils verbleibenden größten Stücke gegeneinander auf, zeigt sich, dass die fünf Klassen eindeutig abgrenzbare Bereiche bilden (s. Fig. 3). Rest III VK 1 VK 3 VK Anzahl der Wechsel VK 4 VK Rest I Fig. 3: Abgrenzung von 5 Veränderlichkeitsklassen anhand der verbleibenden Massen (Rest I, III) aus Fig. 2. Fig. 3: Separation of 5 categories of durability by means of the remaining masses (rest I, III) from Fig Abgrenzung zu den dauerhaft festen Gesteinen Der vorgestellte modifizierte Wasserlagerungsversuch reicht nicht aus, um eine Abgrenzung der veränderlichfesten Gesteine zu den Festgesteinen i.e.s. vorzunehmen, da die Beanspruchung mit drei Wechseln noch immer zu gering ist. Eine Möglichkeit bietet die zusätz

4 15. Tagung für Ingenieurgeologie liche Durchführung eines Kristallisationsversuches nach Erlangen 25 DIN 52111, dem ein Gestein der Veränderlichkeits- Tab. 2: Einteilung der Veränderlichkeitsklassen von veränderlich festen Gesteinen aufgrund des modofizierten Wasserlagerungsversuches. Vergleichend angeführt ist die derzeitige Einstufung nach DIN EN Tab. 2: Classification of weak rocks because of the behaviour in a modified cyclic slaking test. It is compared with the usual classification according to DIN EN VK Bezeichnung Beschreibung DIN EN VK Nicht veränderlich Gering veränderlich Bis zum 3. Wechsel keine Veränderungen feststellbar, keine Reaktion im Kristallisationsversuch. Bis zum 3. Wechsel keine Veränderungen feststellbar, lediglich leichtes Absanden möglicherweise durch bei der Bearbeitung aufgelockerte Bestandteile (max. 5%). Bei einmaliger Wasserlagerung keine Reaktion, aber bis zum 3. Wechsel Rissbildung und/oder beginnender Zerfall bis zu 5%. Bei einmaliger Wasserlagerung Rissbildung bzw. Abbrechen von kleineren Kluftkörpern oder Aggregaten (bis max. %), Gestein bleibt aber erhalten. Bis zum 3. Wechsel Zerfall in Aggregate > 2,5%. Bei einmaliger Wasserlagerung deutliche Desintegration (-75%), bis zum 3. Wechsel Zerfall in Aggregate < 2,5%. Unmittelbarer Zerfall bei einmaliger Wasserlagerung in Aggregate <25%, bis zum 3. Wechsel <1%. Nicht veränderlich (Grad 1) VK 1 VK 2 VK 3 VK 4 VK 5 LG a) Langsam veränderlich Mäßig schnell veränderlich Schnell und stark veränderlich Unmittelbar und sehr stark veränderlich Lockergestein Veränderlich (Grad 2 und 3) Stark veränderlich (Grad 4 und 5) b) Fig. 4: Kalkmergelstein der Schrambachschichten, Veränderlichkeitsklasse 1. a) Beginnende Rissbildung nach ca. 2 Wochen Freilegung, Steinbruch Leube. b) Im Versuch beginnendes Abbröseln nach der 3. Wasserlagerung. Fig. 4: Marl from Schrambachschichten, category 1. a) First fissures formed after 2 weeks, quarry Leube. b) In the laboratory test beginning of disintegration after the 3rd wetting-drying cycle. a) b) Fig. 5: Mergelstein der Stockletten, Veränderlichkeitsklasse 4. a) Starke Desintegration nach wenigen Tagen Freilegung, Steinbruch Rohrdorf. b) Im Versuch Zerfall in kleine Aggregate bis zur 3. Wasserlagerung. Fig. 5: Marl of Stockletten, category 4. a) Strong disintegration after only a few days, quarry Rohrdorf. b) In the laboratory test decay to small lumps until the 3rd wetting-drying cycle. 16

5 15. Tagung für Ingenieurgeologie Erlangen 25 klasse VK 1 zusätzlich unterworfen wird. Übersteht das Gestein diesen Versuch ohne Verlust, kann es als dauerhaft fest eingestuft werden. Eine Abgrenzung der veränderlich festen Gesteine von den Lockergesteinen ist mit dem modifizierten Wasserlagerungsversuch nicht möglich, da sich beispielsweise überkonsolidierte Tone der OSM ähnlich verhalten wie veränderlich feste Gesteine der Veränderlichkeitsklasse 4 (s. Fig. 2). Auf Abgrenzungsmöglichkeiten wird in Kap. 5 eingegangen. Aus diesen Ergebnissen lässt sich eine neue, differenziertere Klassifizierung der Veränderlichkeit aufstellen (Tab. 2), die auch mit den Geländebeobachtungen zu parallelisieren ist (s. Fig. 4 und 5). 5 Ursache der Veränderlichkeit Um den Zusammenhang der Veränderlichkeit mit den physikalischen Gesteinseigenschaften zu untersuchen, wurden die ermittelten Gesteinskennwerte mit den Veränderlichkeitsklassen in Beziehung gesetzt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Vielzahl von Gesteinsparametern für die Veränderlichkeit verantwortlich ist, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Porosität Wassergehalt Beschaffenheit des Porenhohlraumes Physikalische Eigenschaften Hygrische Dehnung/ Schrumpfung Korngrößenverteilung Porengrößenverteilung / Durchlässigkeit Geomechanisches Verhalten veränderlich fester Gesteine Quellfähigkeit Fig. 6: Zusammenstellung der die Veränderlichkeit beeinflussenden Parameter. Fig. 6: Summary of the parameters influencing the durability. 5.1 Bestimmende Parameter Verfestigungsgrad mineralogische Zusammensetzung Kornbindungsfestigkeit Zerbrechungsgrad Mikrorisse Gefüge/ Einregelung Trennflächen Aus der großen Bandbreite der Parameter wurde für folgende ein wichtiger Einfluss auf die Veränderlichkeit festgestellt: Beschaffenheit des Porenhohlraumes: Als bezeichnender Parameter für die Eigenschaften des Porenhohlraumes kann das Porenvolumen gesehen werden. Es steuert einerseits den Zutritt des Wassers in das Gestein und die Wegsamkeiten und ist somit ein Maß für die Benetzungsgeschwindigkeit und die zutretende Wassermenge. Gleichzeitig deutet ein sehr hohes Gesamtporenvolumen auf feinkörnige Gesteine mit hohen Anteilen an Ton und Schluff hin, die eine größere Veränderlichkeit aufweisen. Allerdings zeigt die Kurve in Fig. 7 nur eine mäßige Korrelation, die v.a. auf die unterschiedlichen Gesteinstypen (Sandstein mit rel. hohem Porenvolumen, aber geringer Veränderlichkeit) zurückzuführen ist. An der Kurve wird allerdings deutlich, dass das Porenvolumen der getesteten Lockergesteine deutlich höher ist als das der veränderlich festen Gesteine. Möglicherweise liegt hier eine Möglichkeit der Abgrenzung dieser beiden Gesteinsarten. Porenvolumen [%] y = 3,695e,3282x R 2 =, LG 6 Veränderlichkeitsklasse Fig. 7: Beziehung zwischen Veränderlichkeitsklasse und Porenvolumen. Fig. 7: Relation between category of durability and the void content. Kornbindungsfestigkeit: Die Kornbindungsfestigkeit drückt den Zusammenhalt der einzelnen Körner des Gesteins aus. Sie wird beeinflusst durch die vorhandenen Minerale und deren Korngrößen. Stabilisierend wirkt zudem ein evtl. vorhandenes Bindemittel. Ein indirektes Maß für die Kornbindungsfestigkeit wird in der Einaxialen Druckfestigkeit gesehen, also der Spannung, die für die Zerstörung dieser Festigkeit aufgewendet werden muss. Trägt man die Veränderlichkeit gegen die Einaxiale Druckfestigkeit auf, zeigt sich ebenfalls ein Zusammenhang, allerdings wird auch hier eine deutliche Streuung sichtbar (Fig. 8). Einaxiale Druckfestigkeit [MPa] 15, 125,, 75, 5, 25, y = 172,18e -,653x R 2 =,783, LG 6 Veränderlichkeitsklasse Fig. 8: Beziehung zwischen Veränderlichkeitsklasse und Einaxialer Druckfestigkeit. Fig. 8: Relation between category of durability and uniaxial compressive strength (UCS). Besondere Eigenschaften Besonders bei feinkörnigen Gesteinen spielt das Vorhandensein quellfähiger Tonminerale, ausgedrückt als Quellvermögen, eine wichtige Rolle für die Reaktion mit Wasser. 161

6 15. Tagung für Ingenieurgeologie Erlangen 25 Zerbrechungsgrad Da die vorliegenden Untersuchungen v.a. an ungestörten Proben ohne erkennbare Zerbrechung durchgeführt wurden, lässt sich der Einfluss des Zerbrechungsgrades nur pauschal abschätzen. Es ist zu vermuten, dass stark zerbrochene Gesteine zunächst einen schnellen Zerfall an den vorgegebenen Trennflächen zeigen und danach je nach Gestein der weitere Zerfall nur noch sehr langsam fortschreitet. Daher dürften solche Gesteine einen gesonderten Bereich im Zerfallsdiagramm einnehmen und eine Sonderklasse bilden (s. Fig. 3). 5.2 Sammelparameter Gefügefestigkeit Aus den bisherigen Überlegungen lässt sich ein Sammelparameter ableiten, der hier als Gefügefestigkeit bezeichnet wird. Er wird nach folgender Formel bestimmt: Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen Veränderlichkeitsklasse und der neu definierten Gefügefestigkeit G. Ein guter Zusammenhang zwischen beiden Größen wird deutlich. Gefügefestigkeit (UCS²xKV/PV*Q) 1,1,1,1 G= UCS² x KV / PV x Q mit: UCS: Einaxiale Druckfestigkeit [MPa] KV : mittlerer Korndurchmesser [mm] PV: Porenvolumen [%] Q: Quellfähigkeit (Pulverquellversuch) [%] y = 198,3e -1,7472x R 2 =,8471, LG 6 Veränderlichkeitsklasse Fig. 9: Zusammenhang zwischen Veränderlichkeitsklasse und Gefügefestigkeit. Fig. 9: Connection between category of durability and structural strength ( Gefügefestigkeit ). Die Gefügefestigkeit kann somit als Maß für die Veränderlichkeit der untersuchten Gesteine dienen. Für sie gelten demnach folgende Grundsätze: Am stabilsten sind Gesteine, die neben einer hohen Druckfestigkeit ein geringes Porenvolumen aufweisen. Der Zutritt des Wassers erfolgt hier langsam und nur in geringem Maß und kann somit erst langsam bei zahlreichen Wechseln das Gesteinsgefüge aufbrechen. Je größer das Porenvolumen wird, desto schneller kann das Wasser eindringen. Dadurch werden Wegigkeiten eröffnet, die ein schnelleres Zerbrechen begünstigen. Bei feinkörnigen Gesteinen entwickelt sich zudem ein Porenwasserdruck, der im Extremfall zum spontanen Zerplatzen eines Gesteins führt. Auch Gesteine mit mittlerer Druckfestigkeit, aber größerer Korngröße und größerem Porenvolumen (z.b. Sandsteine) sind wenig veränderlich. Trotz schnellem Eindringen von größeren Wassermengen kann sich kein Porenwasserdruck aufbauen, die Gefügefestigkeit wird nicht überschritten. 6 Zusammenfassung Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit dem vorgestellten Klassifizierungsschema ein Instrument vorgestellt wird, um die Veränderlichkeit von Gesteinen detaillierter zu testen und einzustufen. Mit einfachen, in der Praxis der Voruntersuchungen gängigen Versuchen lässt sich ein deutlich besseres Bild des Gesteinsverhaltens unter Wassereinfluss gewinnen. Den Gang der Untersuchungen und die abzuleitenden Schlussfolgerungen für die Baupraxis zeigt Fig.. WL-Versuch modifiziert Fig. : Untersuchungsprogramm zur Klassifizierung der Veränderlichkeit und Schlussfolgerungen. Fig. : Testing program for classification of the durability and its conclusions. Literatur + Kristall.- Versuch + Porenvolumen VK VK 1 VK 2 VK 3 VK 4 VK 5 LG Langsamer Zerfall an Mikrorissen, Bildung von Kluftkörpern Schnelle Reaktion bei Wasserzutritt Probleme bei Deponierung/ Wiedereinbau und langfristiger Stabilität Unmittelbare Stabilitätsprobleme, Probleme beim Transport DGGT (22): Empfehlung Nr. 2 des Arbeitskreises 3.3 Versuchstechnik Fels der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik. Zerfallsbeständigkeit von Gestein - Siebtrommelversuch; Bautechnik, 2/22. DIN 22, Teil 1 (1987-9): Baugrund und Grundwasser. Benennen und Beschreiben von Boden und Fels. DIN (199-3): Prüfung von Naturstein, Kristallisationsversuch. DIN EN ISO (24): Geotechnische Erkundung und Untersuchung Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Fels - Teil 1: Benennung und Beschreibung (ISO :23). ISRM (1997): Commission on testing methods. Suggested Methods for determining swelling and slakedurability index properties (Part4), SIA 199 (1998): Erfassen des Gebirges im Untertagebau; Zürich (SIA). RUCH, E. (1985): Geotechnische Eigenschaften von überkonsolidierten Schiefertonen bei unterschiedlichen Sand- und Karbonatgehalten. - in: Heitfeld, K.-H. ed. (1985): Ingenieurgeologische Probleme im Grenzbereich zwischen Locker- und Festgestein; S. -58; Berlin (Springer). 162