Vom Aufschluss zum Baugrundmodell

Transkript

1 65. Deutsche Brunnenbauertage BAW-Baugrundkolloquium 07. bis 09. Mai 2014 Bau-ABC Rostrup / Bad Zwischenahn im Lockergestein Anne Heeling Bundesanstalt für Wasserbau Dienststelle Hamburg, Ref. Geotechnik Nord Wedeler Landstraße 157, Hamburg Seite 1 Normung Geotechnische Bemessung Baugrunderkundung und Untersuchung DIN EN (10 / 2010) Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds. Deutsche Fassung EN : AC:2010 DIN EN /NA (12 / 2010) Nationaler Anhang DIN 4020 (12 / 2010) Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke Ergänzende Regelungen zu DIN EN Seite 2 1

2 Normung Geotechnische Bemessung Baugrunderkundung und Untersuchung DIN EN (10 / 2010) DIN EN /NA (12 / 2010) DIN 4020 (12 / 2010) Seite 3 Normung Baugrundmodell DIN 4020, Abs. A7.3.1: Als Ergebnis der Aufschlüsse und Untersuchungen sind vereinfachte Berechnungsmodelle des Baugrunds auszuarbeiten Je nach den Baugrundverhältnissen, der geologischen Situation sowie Art und Größe der baulichen Anlage sind ein oder mehrere Baugrundprofile als Berechnungsprofile zu entwickeln. DIN EN , Abs : [Die Kenntnis der Baugrundverhältnisse ist] im Allgemeinen wichtiger als die Genauigkeit der Rechenmodelle und Teilsicherheitsbeiwerte. Seite 4 2

3 Baugrundmodell DIN EN , Abs. 6.1 fordert eine Darstellung aller verfügbaren geotechnischen Informationen einschließlich der geologischen Verhältnisse Nahezu alle technischen Probleme, Unfälle und Fehlkalkulationen im Umfeld eines Projektes können letztendlich auf geologische Verhältnisse zurückgeführt werden, über die der Ingenieur entweder gar nichts wusste oder über die er erst zu spät etwas gelernt hat. Seite 5 Baugrundmodell Seite 6 3

4 Baugrundmodell Regionalgeologisch gesehen liegt das Untersuchungsgebiet auf einer holozänen Niederterrasse des vereinigten Elbe-Havel-Urstromtales, welches ein Talsandgebiet des Brandenburger Stadiums der Weichselkaltzeit ist. Seite 7 Levensauer Hochbrücke Nord-Ostsee-Kanal, km 93,5 kombinierte Straßen- und Eisenbahnbrücke 180 m lang erbaut 1893 / 94 Baugrunderkundung 2012: 8 Bohrungen BKF, 9 Kleinbohrungen, 12 Drucksondierungen CPT Altaufschlüsse: 47 Bohrungen, 9 Drucksondierungen Seite 8 4

5 Levensauer Hochbrücke - Geologie Gletscherrandlagen Östliches Hügelland Marsch, Flussniederungen Hohe Geest Niedere Geest Kartengrundlage: Schmidtke, 1995 Seite 9 Levensauer Hochbrücke 5

6 Levensauer Hochbrücke - Geologie Östliches Hügelland Gletscher erodiert vorhandene Schichten Gletscher deformiert Untergrund: Glazialtektonik Seite 11 Levensauer Hochbrücke - Geologie Baugrube der nördlichen Pfeiler der Hochbrücke Levensau, Gletscher erodiert vorhandene Schichten Gletscher deformiert Untergrund: Glazialtektonik Foto: WSA Kiel-Holtenau Seite 12 6

7 Levensauer Hochbrücke - Geologie Gletscher erodiert vorhandene Schichten Gletscher deformiert Untergrund: Glazialtektonik Gletscher lagert Sedimente ab: Glaziale Serie Seite 13 glazial Geschiebemergel Seite 14 7

8 glazial Geschiebemergel Seite 15 glazial Geschiebemergel Wasser Seite 16 8

9 Geschiebemergel Gletscher transportiert Material und lagert es ab sandiger, kiesiger Ton und Schluff an der Basis : flächige Grundmoräne vor der Gletscherstirn : Endmoräne während der Vergletscherung nachdem das Eis abgeschmolzen ist Seite 17 glazifluviatil Schmelzwassersedimente Seite 18 9

10 glazifluviatil Schmelzwassersedimente Geschiebemergel BAW Anne Heeling Seite 19 Schmelzwassersedimente Gletscher setzt Schmelzwasser frei Mittel- und Grobsand, Kies unter dem Eis: Schmelzwasserrinnen vor der Gletscherstirn: Sanderflächen Schmelzwasserrinnen Sander BAW Anne Heeling Seite 20 10

11 glazilimnisch: Beckensedimente Seite 21 glazilimnisch: Beckensedimente Seite 22 11

12 Beckensedimente Gletscher schürft Hohlformen ( Zungenbecken ) aus Feinsand, Schluff, Ton Beckensedimente Beckenton und schluff Beckensand Seite 23 Glaziale Serie Schmelzwasserrinnen: Schmelzwassersedimente glazial glazifluviatil glazilimnisch Zungenbecken: Beckensedimente Endmoräne: Geschiebemergel Urstromtal: Schmelzwassersedimente Sander: Schmelzwassersedimente Grundmoräne: Geschiebemergel 12

13 Geschiebemergel Sedimente der Glaziale Serie Schmelzwassersedimente Beckensedimente Seite 25 Levensauer Hochbrücke Seite 26 13

14 Baugrundmodell Benennen / Beschreiben der Böden nach DIN EN ISO / -2 Korngröße Kornform mineral. Zusammensetzung Farbe Kalkgehalt Organik bindige bzw. organische Böden Plastizität Konsistenz Torf Zersetzungsgrad alle Besonderheiten: Fossilien, Pflanzenreste, Seite 27 Baugrundmodell Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten Seite 28 14

15 Baugrundmodell: geologische Schichten Geologische Schichten Geschiebemergel mit Sand- und Kieslinsen Beckensedimente Feinsand, Ton, Schluff Schmelzwassersedimente Mittelsand, Grobsand, Kies Geschiebemergel Beckensedimente Schmelzwassersedimente Geschiebemergel Schmelzwassersedimente Seite 29 Baugrundmodell: geologische Schichten Geologische Schichten Auffüllung Geschiebemergel mit Sand- und Kieslinsen Beckensedimente Feinsand, Ton, Schluff Schmelzwassersedimente Mittelsand, Grobsand, Kies Tertiärer Glimmerton Seite 30 15

16 Baugrundmodell Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe Geologische Struktur des Baugrundes? Seite 31 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf B1 B2 1 2 Seite 32 16

17 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf B1 B2 1 2 Seite 33 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf B1 B2 1 2 Seite 34 17

18 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf B1 B2 1 2 Seite 35 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf Prinzip der Superposition: oben jung / unten alt B1 B2 1? 2 1 älter als 2 gleich alt 1 jünger als Seite 36 18

19 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf Prinzip des Einschlusses: Einschlüsse sind gleich alt oder älter als die umgebende Struktur B1 B2 B3 Seite 37 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf Prinzip der durchschnittenen Schichten: Auffüllung Jüngere Strukturen durchschneiden ältere gewachsener Baugrund B1 B2 B3 Seite 38 19

20 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf Prinzip der ursprünglichen Horizontalität: Schichten etwa horizontal abgelagert B1 B2 B3 Seite 39 Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf B1 B2 B3 Seite 40 20

21 Geologische Struktur des Baugrundes Auffüllung Geschiebemergel Beckensedimente Schmelzwassersedimente Tertiärer Glimmerton Seite 41 Baugrundmodell Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe Geologische Struktur des Baugrundes Zusammenfassung bzw. Unterteilung der geologischen Schichten nach geotechnischen Gesichtspunkten geotechnische Homogenbereiche so einfach wie möglich / so komplex wie nötig projektrelevante geotechnische Eigenschaften Praxistauglichkeit Seite 42 21

22 Geotechnische Homogenbereiche Auffüllung Geschiebemergel Beckensedimente Schmelzwassersedimente Glimmerton Seite 43 Geotechnische Homogenbereiche Auffüllung Oberer Geschiebemergel Mittlerer Geschiebemergel Unterer Geschiebemergel Beckensedimente Feinsand Mittelsand Mittel- und Grobsand Sand und Kies Glimmerton Seite 44 22

23 Profilschnitte Die zentrale Darstellung des Baugrundes im Gutachten widerspruchsfreie, eindeutige und vollständige Unterteilung des Baugrundes in Homogenbereiche Farben nach bzw. in Anlehnung an DIN 4023 einfache, sprechende Benennungen Seite 45 Baugrundmodell Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe Geologische Struktur des Baugrundes Zusammenfassung bzw. Unterteilung der geologischen Schichten nach geotechnischen Gesichtspunkten geotechnische Homogenbereiche Beurteilung des geotechnischen Potenzials der Homogenbereiche anhand der geologischen Verhältnisse Seite 46 23

24 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Geschiebemergel Bohrung Schmelzwasserrinnen Sand- und Kieslinsen evt. örtliche Aufweichung Geschiebemergel Seite 47 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Geschiebemergel Linsen aus älterem Material Seite 48 24

25 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Geschiebemergel Linsen aus älterem Material Harnischflächen Restscherfestigkeit Seite 49 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Geschiebemergel Wasser Steine und Blöcke Seite 50 25

26 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Geschiebemergel und Schmelzwassersedimente Beckensedimente Seite 51 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Geschiebemergel und Schmelzwassersedimente Beckensedimente Boberger Dünen Seite 52 26

27 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Geschiebemergel und Schmelzwassersedimente Steine, Blöcke: einzeln, lagenweise und in Nestern Erosionshorizont BAW Anne Heeling Seite 53 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Schmelzwassersedimente Rinnen BAW Anne Heeling 27

28 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Schmelzwassersedimente Toteis während der Eiszeit: örtl. feine Sedimente nacheiszeitlich: Seen evt. Torflinsen Schmelzwassersedimente Seite 55 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Beckensedimente bindige und nichtbindige Böden bei Wechsellagerung ( Bänderton ) horizontal durchlässiger als vertikal keine Steine Seite 56 28

29 Baugrundmodell Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe Geologische Struktur des Baugrundes Zusammenfassung bzw. Unterteilung der geologischen Schichten nach geotechnischen Gesichtspunkten geotechnische Homogenbereiche Beurteilung des geotechnischen Potenzials der Homogenbereiche anhand der geologischen Verhältnisse Baugrundmodell Seite 57 Baugrundmodell Textliche Beschreibung Profilschnitte Unterhalb von Auffüllung und Mutterboden folgt meist der Holozäne Sand mit Mächtigkeiten meist um ca. 1 Meter. Kornanalytisch handelt es sich um Fein- und Mittelsand, der örtlich auch schwach schluffig bis schluffig bzw. schwach grobsandig bis grobsandig ist. Bild 8 zeigt zwei Körnungslinien: mit Ungleichförmigkeitszahlen C U von 2,1 bzw. 3,1 und Krümmungszahlen C C 1,0 bzw. 1,2 ist der Holozäne Sand eng gestuft. Im Holozänen Sand ist mit Steinen zu rechnen, die einzeln, lagenweise oder in Nestern auftreten können. Im Holozänen Sand wurden Glühverluste V gl von 5,2 % und 13,0% bestimmt; damit ist der Sand schwach bis mittel organisch. Örtlich treten Pflanzenreste auf. Der Holozäne Sand ist überwiegend kalkfrei, untergeordnet kalkhaltig. Die Spitzenwiderstände q c der Drucksondierungen liegen in den Holozänen Sanden zwischen 3 und 7 (überwiegend zwischen 5 und 6) und die Schlagzahlen der Sondierungen mit der Schweren Rammsonde zwischen 2 und 14 (überwiegend zwischen 4 und 10; im Mittel: N 10 = 7). Dies entspricht einer geringen bis großen, überwiegend einer geringen bis mittleren Festigkeit. Textliche Beschreibung Geotechnischer Bericht Bodenansprache, Laborund Feldversuche: Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse und Interpretation Geotechnisches Potenzial Besonderheiten Geotechnische Eigenschaften Wiederkennung Seite 58 29

30 Baugrundmodell Homogenbereich Profilschnitte Unterhalb von Auffüllung und Mutterboden folgt meist der Holozäne Sand mit Mächtigkeiten meist um ca. 1 Meter. Kornanalytisch handelt es sich um Fein- und Mittelsand, der örtlich auch schwach schluffig bis schluffig bzw. schwach grobsandig bis grobsandig ist. Bild 8 zeigt zwei Körnungslinien: mit Ungleichförmigkeitszahlen C U von 2,1 bzw. 3,1 und Krümmungszahlen C C 1,0 bzw. 1,2 ist der Holozäne Sand eng gestuft. Im Holozänen Sand ist mit Steinen zu rechnen, die einzeln, lagenweise oder in Nestern auftreten können. Im Holozänen Sand wurden Glühverluste V gl von 5,2 % und 13,0% bestimmt; damit ist der Sand schwach bis mittel organisch. Örtlich treten Pflanzenreste auf. Der Holozäne Sand ist überwiegend kalkfrei, untergeordnet kalkhaltig. Die Spitzenwiderstände q c der Drucksondierungen liegen in den Holozänen Sanden zwischen 3 und 7 (überwiegend zwischen 5 und 6) und die Schlagzahlen der Sondierungen mit der Schweren Rammsonde zwischen 2 und 14 (überwiegend zwischen 4 und 10; im Mittel: N 10 = 7). Dies entspricht einer geringen bis großen, überwiegend einer geringen bis mittleren Festigkeit. Textliche Beschreibung Geotechnischer Bericht Versuchsergebnisse Wichte des feuchten Bodens γ = 18 kn/m 3 Wichte des Bodens unter Auftrieb γ = 10 kn/m 3 Steifemodul Es = 15 MN/m² Effektiver Reibungswinkel ϕ = 32,5 Effektive Kohäsion c = 0 kn/m 2 Klassifizierung des Bodens - gemäß DIN SE, (SU) - gemäß DIN gemäß DIN NB1, NB2 charakteristische Bodenkennwerte Seite 59 Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial Beckensedimente Dropstone keine Steine? Foto: Wikipedia (Eurico Zimbres) DIN 4020, Abs. A : Baugrundrisiko ein unvermeidbares Restrisiko Seite 60 30

31 hochwertige Aufschlüsse Bodenansprache Baugrundmodell Aufschluss Geologische Schichten Schichtenverlauf Geologische Struktur Geotechnische Homogenbereiche Geotechnisches Potenzial Baugrundmodell Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Seite 61 31