Die Struktur eines Baugrundgutachtens

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1 Dipl.-Geol. Anne Heeling, Referat Geotechnik Nord

2 DIN Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke Geotechnischer Bericht hat die Beschreibung aller für die jeweilige Baumaßnahme maßgebenden Baugrundeigenschaften zu ermöglichen und die erforderlichen Kennwerte zu liefern Mit den Ergebnissen müssen die charakteristischen Werte der Baugrundkenngrößen festgelegt und die Sicherheitsnachweise nach DIN 1054 geführt werden können. Grundlagen: Aufgabenstellung, Objektangaben, verwendete Unterlagen, Art, Durchführung und Ergebnisse der der Feld- Feld- und und Laborversuche Auswertung und und Bewertung der der geotechnischen Untersuchungsergebnisse Folgerungen, Empfehlungen und Hinweise: Folgerungen, Empfehlungen und Hinweise, charakteristische charakteristische Werte der Boden- Werte und der Bodenkenngrößen Felskenngrößen, Grundwasserstände, überschlägliche Sicherheitsnachweise Seite 2

3 Geotechnischer Bericht gängige Praxis Bodeneigenschaften Geotechnischer Bericht Grundwasser Bohrungen Proben Bodenansprache Schichtenfolge Grundwasser Festlegung Laborversuche Versuchsergebnisse Festigkeiten Sondierungen Protokolle Interpretation Schichtenfolge Bodenkenngrößen Seite 3

4 Geotechnischer Bericht gängige Praxis Baugrundbeschreibung Geotechnischer Bericht Grundwasser Ergebnisse der Bohrungen Ergebnisse der Drucksondierungen Grundwasser Laborversuche Kornverteilungen Schichtenfolge Wassergehalte Bodenkenngrößen Gutachter Festigkeiten Versuchsergebnisse Bodenkenngrößen Seite 4

5 Geotechnischer Bericht gängige Praxis Baugrundbeschreibung Ergebnisse der Bohrungen Ergebnisse der Drucksondierungen Grundwasser Laborversuche Kornverteilungen Wassergehalte Bodenkenngrößen Homogenbereich schnell kostengünstig oft widersprüchlich oft nicht projektbezogen oft fehlerhaft schwer nachvollziehbar Seite 5

6 Homogenbereich DIN 4020 Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke begrenzter Bereich von Boden oder Fels, dessen Eigenschaften eine definierte Streuung aufweisen und sich von den Eigenschaften der abgegrenzten Bereiche abheben Geschiebemergel Grobsand Feinsand Geschiebemergel 3 Homogenbereiche: Feinsand Geschiebemergel Grobsand Seite 6

7 Homogenbereich DIN 4020 Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke begrenzter Bereich von Boden oder Fels, dessen Eigenschaften eine definierte Streuung aufweisen und sich von den Eigenschaften der abgegrenzten Bereiche abheben Geschiebemergel Grobsand Feinsand Geschiebemergel 3 Homogenbereiche: Feinsand Geschiebemergel mit Sandlinsen Grobsand Seite 7

8 Bodenansprache Geotechnischer Bericht Bohrungen Proben Bodenansprache Schichtenfolge Seite 8

9 Bodenansprache Bohrungen Proben Bodeneigenschaften Bodenansprache Schichtenfolge DIN EN ISO (Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden): Geologische Bezeichnung Korngröße, organischer Anteil, Kalkgehalt, Farbe, Beimengungen (Pflanzenreste, Muscheln, ) Schichtung und Trennflächen mineralische Zusammensetzung bindige Böden: Plastizität, Konsistenz gröbere Böden: Kornform, Rundungsgrad Torf: Zersetzungsgrad Seite 9

10 Kurzzeichen DIN 4022 DIN EN ISO (2004): neue Kurzzeichen für Korngrößenfraktionen Beispiel: Schluff, feinkiesig, grobsandig nach DIN 4022: nach DIN EN ISO 14688: U,fg,gs fgrcsasi DIN 4023 (2006): Kurzformen (= Kurzzeichen der DIN 4022) Normenausschuss (2008): Neben den Kurzzeichen der DIN EN ISO sind die Kurzformen der DIN 4023 zulässig. Seite 10

11 Bodenansprache Bohrungen Proben Bodeneigenschaften Bodenansprache Schichtenfolge Festlegung Laborversuche DIN 4020, Beiblatt 1 (informativ), Tabelle 7: Klassifikationsversuche: Korngrößenanalyse, Glühverlust, Kalkgehalt - bindige Böden: Wassergehalt, Zustandsgrenzen, undränierte Scherfestigkeit, Triaxialversuch Kompressionsversuch DIN 4020, Abs. B.4.1: Anzahl und Art der durchzuführenden Versuche sind so zu wählen, dass die Beurteilung der geotechnischen Fragen und die Formulierung von charakteristischen Werten maßgeblicher Kenngrößen möglich ist. Bei der Probenauswahl zur Untersuchung ist daher bereits die spätere Auswertung zu bedenken. Seite 11

12 Laborversuche DIN EN : Güteklasse 3 unverändert bzgl. Kornzusammensetzung und Wassergehalt DIN Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Probeentnahmeverfahren und Grundwassermessungen, Tabelle 2: erreichbare Güteklasse bei Kernen: 2-3 Seite 12

13 Laborversuche Bestimmung des Wassergehaltes am Kern möglich Bestimmung der undränierten Scherfestigkeit c u am Kern möglich in leicht plastischen Böden in Abhängigkeit vom Bohrverfahren: Kerne Güteklasse 4 Häufigkeit (%) Geschiebemergel Kern (im Mittel: 196 kpa) Sonderprobe (im Mittel: 294 kpa) undränierte Scherfestigkeit c u (kpa) Seite 13

14 Sondierungen Spitzenwiderstand Sondierungen Protokolle Interpretation Festigkeiten Schichtenfolge DIN , Anhang D: bezogene Lagerungsdichte I D Seite 14

15 Reibungsverhältnis Sondierungen Auffüllung Drucksondierungen Holozäner Sand Auelehm Sondierungen Protokolle Interpretation Festigkeiten Holozäner Sand Schichtenfolge Spitzenwiderstand in MPa DIN , Anhang C: Reibungsverhältnis in % Torf Beckenschluff Pleistozäner Sand Geschiebemergel Pleistozäner Sand Geschiebemergel Pleistozäner Sand Seite 15

16 Vorläufige Profilschnitte Schichtenfolge Bohrungen Proben Interpretation Bodenansprache Festlegung Laborversuche Sondierungen Protokolle Bodeneigenschaften Festigkeiten Schichtenfolge Altgutachten Seite 16

17 Vorläufiger Profilschnitt Bohrungen Proben Versuchsergebnisse Bodenansprache Festlegung Laborversuche Häufigkeit Homogenbereich 1? Versuchswert Homogenbereich und größer Anpassung des vorläufigen Profilschnittes: aus einem Homogenbereich werden zwei Seite 17

18 Vorläufiger Profilschnitt Bohrungen Proben Versuchsergebnisse Bodenansprache Festlegung Laborversuche Gewichtsanteil (%) ,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0, Homogenbereich 1 Homogenbereich 2 Korndurchmesser (mm) Anpassung des vorläufigen Profilschnittes: aus zwei Homogenbereichen wird einer Seite 18

19 Profilschnitte Auelehm, Mutterboden Holozäner Sand und Kies Beckenton und -schluff Beckensand Geschiebemergel Schmelzwassersand und -kies A B C D A Baugrubensohle Farbgebung entsprechend bzw. in Anlehnung an die DIN 4023: unbedingt aber grobe Schichten hell, feine Schichten dunkel Seite 19

20 Profilschnitte DIN 4020, Abs. 9 und Anhang C (normativ), Abs. C.1.1: die Ergebnisse (der Aufschlüsse sind) in maßstäblichen Schnitten gemeinsam höhengerecht darzustellen. maßstabsgetreue meist überhöhte Darstellung des gesamten projektrelevanten Tiefenbereiches durchgehende flächige Darstellung der Homogenbereiche widerspruchsfrei in Schnittpunkten von Längs- und Querschnitten geologisch sinnvoll zentrale Darstellung des Baugrundes im Gutachten Seite 20

21 Beschreibung der Homogenbereiche Schichtenfolge Bohrungen Proben Festlegung Laborversuche Bodeneigenschaften Interpretation Versuchsergebnisse Bodenansprache Tabellen, Diagramme Bodeneigenschaften Chemismus Lageplan, Bohr- / Sondierprofile Geotechnischer Bericht Baugrundaufbau Altgutachten je Homogenbereich Sondierungen Protokolle Interpretation Festigkeiten Eigenschaften Schichtenfolge Profilschnitte Seite 21

22 Beschreibung der Homogenbereiche Versuchsergebnisse - von bis / Mittelwert - in Diagrammen DIN EN ISO 14688: Geotechnische Erkundung und Untersuchung Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden Teil 1: Benennung und Beschreibung Teil 2: Grundlagen für Bodenklassifizierungen DIN 18196: Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke Seite 22

23 Beschreibung der Homogenbereiche Eigenschaft Vorkommen, Tiefenbereich, Mächtigkeit Quelle Profilschnitt Seite 23

24 Beschreibung der Homogenbereiche Eigenschaft Vorkommen, Tiefenbereich, Mächtigkeit Bodenart Körnungslinie Quelle Profilschnitt Bodenansprache, Laborversuch Gewichtsanteil (%) Ton Schluff Sand Kies Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0, Korndurchmesser (mm) Steine Ungleichförmigkeitszahl C u, Krümmungszahl C C DIN 18196, Tab. 2: Stufung: eng / mittel / intermittierend DIN EN ISO , Tab. 2: Form der Körnungslinie: flach / mäßig steil / steil / wellenförmig auf Steine explizit hinweisen Seite 24

25 Hauptanteil des Bodens nichtbindige Böden: entsprechend Kornverteilung bindige Böden: die den Boden prägende Kornfraktion Beispiel: 70 % Sand, 25 % Schluff, 5 % Ton nach der Kornverteilung: Sut nach den prägenden Eigenschaften: Us Seite 25

26 Beschreibung der Homogenbereiche Eigenschaft Vorkommen, Tiefenbereich, Mächtigkeit Bodenart Organischer Anteil Quelle Profilschnitt Bodenansprache, Laborversuch DIN EN ISO , Abs. 4.5: qualitativ anhand der Intensität von Farbe und Geruch DIN EN ISO , Tab. 3: quantitativ in Abhängigkeit vom organischen Anteil schwach / mittel / stark organisch Seite 26

27 Organischer Anteil DIN 4022 DIN EN ISO Seite 27

28 Beschreibung der Homogenbereiche Eigenschaft Vorkommen, Tiefenbereich, Mächtigkeit Bodenart Organischer Anteil Kalkgehalt Quelle Profilschnitt Bodenansprache, Laborversuch DIN EN ISO , Abs. 5.10: qualitativ anhand des Aufbrausens beim Betröpfeln mit verdünnter Salzsäure: kalkfrei / kalkhaltig / stark kalkhaltig quantitativ anhand des Kalkgehaltes V Ca Seite 28

29 Kalkgehalt DIN EN ISO 14688: kein Zusammenhang zwischen dem Aufbrausversuch und dem Kalkgehalt V Ca (in %) nach Schultze & Muhs (1967): Aufbrausen kein Aufbrausen schwach, nicht anhaltend deutlich, nicht anhaltend stark, anhaltend Kalkgehalt V Ca (in %) < > 5 Seite 29

30 Beschreibung der Homogenbereiche Eigenschaft Vorkommen, Tiefenbereich, Mächtigkeit Bodenart Organischer Anteil Kalkgehalt Beimengungen (Pflanzenreste, Muscheln ) Schichtung, Trennflächen Mineral. Zusammensetzung Quelle Profilschnitt Bodenansprache, Laborversuch Bodenansprache Farbe Seite 30

31 Beschreibung der Homogenbereiche nichtbindige Böden Eigenschaft Festigkeit Quelle Sondierung DIN EN ISO , Tab. 4: in Abhängigkeit von der bezogenen Lagerungsdichte I D sehr locker, locker, mitteldicht, dicht, sehr dicht Seite 31

32 Festigkeit nichtbindiger Böden Festigkeit: Eigenschaft eines nichtbindigen Bodens, die durch seine Lagerungsdichte, Korngröße und Kornrauhigkeit gekennzeichnet ist BAW: Bewertung der Sondierergebnisse für nichtbindige Böden Spitzenwiderstand der CPT q c (MPa) bzw. Eindringwiderstand der DPH N 10 (-) Eindring widerstand der DPL N 10 (-) Eindringwiderstand der BDP N 30 (-) Benennung der Festigkeit < 2 < 5 < 4 sehr gering gering mittel groß > 20 > 45 > 38 sehr groß Seite 32

33 Beschreibung der Homogenbereiche nichtbindige Böden Eigenschaft Festigkeit (bei gröberem Material) Kornform, Rundungsgrad, Oberflächenstruktur Quelle Sondierung Bodenansprache DIN EN ISO , Tab. 4 (durch Vergleich mit einer Vorlage): - Rundung: scharfkantig / kantig / kantengerundet / angerundet / gerundet / gut gerundet -Form: kubisch / flach (plattig) / länglich (stängelig) - Oberflächenstruktur: rau / glatt Seite 33

34 Beschreibung der Homogenbereiche bindige Böden Eigenschaft Plastizität DIN EN ISO , Abs. 5.8 Knetversuch: gering / ausgeprägt Quelle Bodenansprache, Laborversuch Plastizitätszahl I p [%] ST TL Zwischenbereich SU UL TM OU, UM A-Linie Fließgrenze w l [%] TA OT, UA DIN EN ISO , Abs. 4.4 anhand von Fließ- und Ausrollgrenze: nicht / leicht / mittel / ausgeprägt DIN 18196, Bild 1 Plastizitätsdiagramm: leicht / mittel / ausgeprägt plastisch Seite 34

35 Beschreibung der Homogenbereiche bindige Böden Eigenschaft Plastizität Konsistenz Quelle Bodenansprache, Laborversuch Bodenansprache, Laborversuch DIN EN ISO , Abs (Feldversuch), DIN EN ISO , Tab. 6 (in Abhängigkeit von der Konsistenzzahl I c ) breiig, weich, steif, halbfest, fest Seite 35

36 Konsistenz bindiger Böden BAW: Wegen der Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des Wassergehaltes an der Ausrollgrenze w p wird bei leicht plastischen und organischen Böden auf die Bestimmung der Konsitenzzahl I c verzichtet. Undränierte Scherfestigkeit c u (kpa) Benennung der Konsistenz < 20 breiig weich steif halbfest > 600 fest Seite 36

37 Beschreibung der Homogenbereiche bindige Böden Eigenschaft Plastizität Konsistenz Undränierte Scherfestigkeit Quelle Bodenansprache, Laborversuch Bodenansprache, Laborversuch Laborversuch DIN EN ISO , Tab. 5 : äußerst gering / sehr gering / gering / mittel / hoch / sehr hoch / äußerst hoch Seite 37

38 Konsistenz bindiger Böden BAW: Benennung der Festigkeit nach DIN EN ISO , Tabelle 5 Undränierte Scherfestigkeit c u (kpa) Benennung der Konsistenz äußerst gering < 10 breiig sehr gering gering weich mittel hoch steif sehr hoch äußerst hoch halbfest > 600 fest Seite 38

39 Beschreibung der Homogenbereiche bindige Böden Eigenschaft Plastizität Konsistenz Endscherfestigkeit Steifemodul Quelle Bodenansprache, Laborversuch Bodenansprache, Laborversuch Laborversuch sigma1-sigma3 / 2 [kpa] Diagrammtitel Klei_sandig y = 0,6298x + 5,9796 R 2 = 0, sigma1+sigma3 / 2 [kpa] Erweiterter Scherversuch Seite 39

40 FEM-Berechnungen bindige Böden direkte Scherversuche ungeeignet CD-Versuche Spannungs-Dehnungs-Kurven Sig1-Sig3 / 2 [kpa] ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 Eps1 [-] _1,tr _2,tr Sigma [kpa] Eps [%] Spannungs-Kompressions-Kurven 18 Spannungs-Kompressions-Kurven Seite 40

41 Beschreibung der Homogenbereiche Torfe Eigenschaft Zersetzungsgrad Quelle Bodenansprache DIN EN ISO , Tab. 5, Ausquetschversuch: faserig, leicht faserig, nicht faserig Zersetzungsgrad: kein / mäßig / völlig Seite 41

42 Beschreibung der Homogenbereiche Seite 42

43 Geotechnischer Bericht Schichtenfolge Bohrungen Proben Festlegung Laborversuche Bodeneigenschaften Interpretation Versuchsergebnisse Bodenansprache Sondierungen Protokolle Bodeneigenschaften Interpretation Chemismus Lageplan, Bohr- / Sondierprofile Festigkeiten Schichtenfolge Tabellen, Diagramme Geotechnischer Bericht Methodik Baugrundaufbau je Homogenbereich Eigenschaften Bodenkenngrößen Profilschnitte Altgutachten Seite 43

44 Charakteristische Bodenkenngrößen DIN 1054, Abs. 5.3: Grundlage: Bodenaufschlüsse, Labor- und Feldversuche, weitere Informationen (Erfahrung, EAU) Im Grundsatz sind charakteristische Werte von Bodenkenngrößen so festzulegen, dass die Ergebnisse der damit durchgeführten Berechnungen auf der sicheren Seite liegen. ein vorsichtiger Schätzwert des Mittelwertes Mittelwertes Seite 44

45 Charakteristische Bodenkenngrößen DIN 1054, Abs. 5.3: Sofern sich bei der statistischen Auswertung der Ergebnisse von Labor- oder Feldversuchen der Variationskoeffizient zu V G > 0,1 ergibt, sind obere und untere charakteristischen Werte der Bodenkenngrößen festzulegen. DIN 4020, Anhang C (normativ), Abs. C2.1.2: Wenn nicht klar ist, was die sichere Seite ist, sind Bandbreiten möglicher Rechenwerte anzugeben. falsch: Wert = x bis y Wert > x richtig: für Bemessung A: Wert = x für Bemessung B: Wert = y Seite 45

46 Charakteristische Bodenkenngrößen je Homogenbereich Wichte des feuchten Bodens γ Wichte des Bodens unter Auftrieb γ Steifemodul E s Anfangsscherfestigkeit: Totaler Reibungswinkel des undränierten Bodens ϕ u Kohäsion des undränierten Bodens c u Endscherfestigkeit: Effektiver Reibungswinkel ϕ Effektive Kohäsion c aus Laborversuchen z.b. aus EAU, Tab. E9-1 anhand Bodenart und Festigkeit bzw. Konsistenz Seite 46

47 Charakteristische Bodenkenngrößen je Homogenbereich Wichte des feuchten Bodens γ Wichte des Bodens unter Auftrieb γ Steifemodul Es Anfangsscherfestigkeit: Totaler Reibungswinkel des undränierten Bodens ϕu Kohäsion des undränierten Bodens cu Endscherfestigkeit: Effektiver Reibungswinkel ϕ Effektive Kohäsion c in bindigen Böden: aus Laborversuchen in nichtbindigen Böden: aus Sondierungen Seite 47

48 Scherparameter nichtbindiger Böden BAW: Spitzenwiderstand der CPT q c (MN/m²) bzw. Eindringwiderstand der DPH N 10 (-) Eindringwiderstand der DPL N 10 (-) Eindringwiderstand der BDP N 30 (-) Charakteristischer Reibungswinkel ϕ ( ) Steifemodul E s (MN/m²) Benennung der Festigkeit < 2 < 5 < 4 < 30,0 < 15 sehr gering ,0 35, gering ,0 37, mittel ,5 40, groß > 20 > 45 > 38 > 40,0 > 100 sehr groß Seite 48

49 Charakteristische Bodenkenngrößen je Homogenbereich Wichte des feuchten Bodens γ Wichte des Bodens unter Auftrieb γ Steifemodul Es Anfangsscherfestigkeit: Totaler Reibungswinkel des undränierten Bodens ϕu Kohäsion des undränierten Bodens cu in bindigen Böden: aus Versuchen Endscherfestigkeit: Effektiver Reibungswinkel ϕ Effektive Kohäsion c Seite 49

50 Charakteristische Bodenkenngrößen je Homogenbereich Wichte des feuchten Bodens γ Wichte des Bodens unter Auftrieb γ Steifemodul E s Anfangsscherfestigkeit: Totaler Reibungswinkel des undränierten Bodens ϕ u Kohäsion des undränierten Bodens c u Endscherfestigkeit: Effektiver Reibungswinkel ϕ Effektive Kohäsion c Durchlässigkeit Klassifikation gemäß DIN DIN (Erdarbeiten) DIN (Nassbaggerarbeiten) aus Versuchen in nichtbindigen Böden: aus der Körnungskurve Seite 50

51 Homogenbereiche charakteristische Bodenkennwerte Seite 51

52 Homogenbereiche einheitliche Benennung: konsequent im gesamten Gutachten übersichtliche Gliederung des Baugrundes: so grob wie möglich, so fein wie projektbezogen nötig baustellentaugliche Namen: einfache, sprechende Bezeichnungen Seite 52

53 Geotechnischer Bericht Schichtenfolge Bohrungen Proben Interpretation Bodenansprache Festlegung Laborversuche Bodeneigenschaften Versuchsergebnisse Sondierungen Protokolle Bodeneigenschaften Interpretation Grundwasserstände GW-Analysen Chemismus Lageplan, Bohr- / Sondierprofile Festigkeiten Schichtenfolge Tabellen, Diagramme Geotechnischer Bericht Methodik Baugrundaufbau Grundwasser je Homogenbereich Eigenschaften Bodenkenngrößen Profilschnitte Altgutachten Seite 53

54 Grundwasser DIN 4020, Anhang C (normativ), Abs. C.1.2: Grundwasserbeobachtungen, die bei der Bohrdurchführung gemacht werden, sind auf Plausibilität zu prüfen und textlich zu kommentieren. Zuverlässige Aussagen zum Grundwasser erfordern (stationäre oder temporäre) Grundwassermessstellen Ganglinien Grundwasseranalysen (z.b. auf Beton- und Stahlaggressivität) Seite 54

55 Geotechnischer Bericht Bohrungen Proben Bodenansprache Grundwasser- Stände GW-Analysen Sondierungen Protokolle Interpretation Schichtenfolge Festlegung Laborversuche Chemismus Lageplan, Bohr- / Sondierprofile Festigkeiten Schichtenfolge Tabellen, Diagramme Bodeneigenschaften Geotechnischer Bericht Methodik Baugrundaufbau Grundwasser je Homogenbereich Eigenschaften Bodenkenngrößen Bodeneigenschaften Interpretation Versuchsergebnisse Profilschnitte Altgutachten nachvollziehbar / widerspruchsfrei Seite 55

56 Struktur eines Baugrundgutachtens Methodik Auflistung der Baugrundaufschlüsse Auflistung der Versuche Bewertung von Versuchsergebnissen Baugrund Empfehlung BAW Genereller Aufbau Eigenschaften der Homogenbereiche charakteristische Bodenkenngrößen Grundwasser gängige Praxis Baugrundbeschreibung Ergebnisse der Bohrungen Ergebnisse der Drucksondierungen Grundwasser Laborversuche Kornverteilungen Wassergehalte Bodenkenngrößen Seite 56

57 Geotechnischer Bericht nach Homogenbereichen Methodik Auflistung Baugrundaufschlüsse Auflistung der Versuche Bewertung von Versuchsergebnissen Baugrund Genereller Aufbau Eigenschaften der Homogenbereiche charakteristische Bodenkenngrößen Grundwasser eindeutig projektbezogen leicht nachvollziehbar zeitaufwändiger teurer weniger Nachträge insgesamt günstiger Seite 57

58 Geotechnischer Bericht Geotechnischer Sachverständiger zutreffende, projektbezogene, widerspruchsfreie, nachvollziehbare Aussagen Bauherr hat geotechnische Untersuchungen rechtzeitig zu beauftragen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Seite 58