Laborversuche an Bodenproben Ermittlung von Bodenkenngrößen
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Laborversuche an Bodenproben Ermittlung von Bodenkenngrößen Baugrundaufschlüsse Planung, Ausschreibung, Durchführung und Überwachung 23. bis 25. Mai 2005 Dr.- Ing. Elfriede Ott, K1 BAW-DH AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 1 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Material Boden Geotechnische Berechnungen Laborversuche ⇔ Bindeglied Ermittlung und Beschreibung der maßgebenden Eigenschaften und Eingangsparameter für rechnerische Nachweise AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 2 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft •Ziel: Das mechanische Verhalten der Böden beschreiben und prognostizieren •Vorgehensweise: • Klassifikation • Charakterisierung des Zustandes • Bestimmung der Festigkeitseigenschaften • Bestimmung der Verformungseigenschaften • Bestimmung der geohydraulischen Eigenschaften AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 3 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Klassifikation : Systematisierung und Gruppenbildung Vorteile: • Bodengruppen mit gleichen Eigenschaften • schnelle Gruppenbildung aufgrund einfacher Versuche • möglichst einheitliche Verwendung von Begriffen Nachteil: das beste Klassifikationssystem löst kein Baugrundproblem Klassifikationssysteme in der Bodenmechanik • DIN 40 22 Benennen und Beschreiben von Boden und Fels • DIN 18 196 Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke • DIN 18 300 und DIN 18 311 Verdingungsordnung für Bauleistungen Erdbau und Nassbaggerarbeiten AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 4 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 Siebung bei nichtbindigen Böden 16 mm 8 mm 2 mm Siebmaschine > 0,063 mm 0,063 mm AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 5 4 mm Korngemisch 0,125 mm 0,25 mm 1 mm 0,5 mm Siebmaschine, Korngemisch und Siebrückstände BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 Siebung bei nichtbindigen Böden AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 6 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 Sedimentation bei bindigen Böden Aufbereitung Sedimentation AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 7 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Aräometer Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 Sedimentation bei bindigen Böden AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 8 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123 Sedimentation bei bindigen Böden AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 9 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Ergebnisse aus Siebung und Sedimentation werden als Körnungslinie im Körnungsdiagramm aufgetragen • Ungleichförmigkeitszahl d 60 d 10 Steilheit der Kurve U = • Krümmungszahl CC = d10 d30 d60 AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 10 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau (d 30 )2 d 60 ⋅ d 10 Verlauf der Kurve Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der lockersten und dichtesten Lagerung für nichtbindige Böden nach DIN 18 126 Bezogene Lagerungsdichte ID = e max − e max ρd ( ρd − min ρd ) [1] = e max − e min ρd ⋅ (max ρd − min ρd ) U < 3 U ≥ 3 D [-] D [-] 0 - 0 ,3 0 0 - 0 ,4 5 m itt e ld ic h t 0 ,3 0 - 0 ,5 0 0 ,4 5 - 0 ,6 5 d ic h t 0 ,5 0 - 0 ,6 5 0 ,6 5 - 0 ,7 5 s e h r d ic h t 0 ,6 5 - 1 ,0 0 0 ,7 5 - 1 ,0 0 Benennung lo c k e r AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 11 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Zustandsgrenzen für bindige Böden DIN 18 122 • Fließgrenze wL Wassergehalt an der Grenze von der flüssigen zur bildsamen Zustandsform AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 12 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Zustandsgrenzen für bindige Böden DIN 18 122 • Fließgrenze wL Wassergehalt an der Grenze von der flüssigen zur bildsamen Zustandsform • Ausrollgrenze wP Wassergehalt an der Grenze von der bildsamen zur halbfesten Zustandsform AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 13 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Zustandsgrenzen für bindige Böden DIN 18 122 • Fließgrenze wL Wassergehalt an der Grenze von der flüssigen zur bildsamen Zustandsform • Ausrollgrenze wP Wassergehalt an der Grenze von der bildsamen zur halbfesten Zustandsform • Schrumpfgrenze wS Wassergehalt an der Grenze von der halbfesten zur festen Zustandsform AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 14 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Zustandsgrenzen für bindige Böden DIN 18 122 Plastizität • leicht plastisch wL ≤ 35 % • mittel plastisch 35 < wL ≤ 50 % • ausgeprägt plastisch TL wL > 50 TM TA A-Linie [ IP= 0,73(wL-20) ] UA, OT ST SU UL OU, UM AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 15 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Bestimmung der Anfangsscherfestigkeit cU und der Konsistenz • Taschenpenetrometer • Korrelationen aus Erfahrungswerten der BAW Manuelle Prüfmethoden Taschenpenetrometer cu [kN/m²] Benennung der Konsistenz < 6 breiig Boden, der zwischen den Fingern hindurchquillt, wenn er in der Hand gedrückt wird Boden, bei dem sich die Faust eindrücken lässt 6 - 20 sehr weich Boden, bei dem sich der Finger eindrücken lässt 20 - 60 weich Verformung nur durch Daumendruck 60 - 200 steif 200 - 600 halbfest Eindruck nur über Daumennagel Boden, der durch den Daumennagel geritzt werden kann > 600 fest • weitere Kenngrößen aus DIN18196 Konsistenzzahl I C = wL − w wL − wP Liquiditätszahl I L = w − wP = 1 − IC IP AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 16 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Aktivitätszahl I A = IP mT − md Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Scherfestigkeit - Allgemeines Mohr-Coulomb´sche Bruchbedingung τ f = σ '⋅ tan ϕ '+c' AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 17 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Scherfestigkeit - Direkter Scherversuch 300 79 kPa 79 kPa 105 kPa 155 kPa 250 205 kPa 255 kPa 200 150 100 450 Schubspannung [kPa] 50 400 0 350 0 2 4 6 8 10 12 14 300 250 Probleme des Direkten Scherversuchs: 200 • Nicht wirksame Normalspannung 150 • Schergeschwindigkeit 100 50 • Zwangsscherfuge • Spannungszustand nicht bekannt AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 18 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau 0 0 100 200 300 Normalspannung [kPa] 400 Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Scherfestigkeit - Triaxialversuch Schemaskizze Standardtriaxialzelle bodenmechanisches Labor BAW - DH AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 19 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Ergebnisplot Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Scherfestigkeit - Triaxialversuch 3 Probekörper einer Versuchsserie nach dem Ausbau mit Bruchfuge Probekörper und Zelle nach Beendigung des Versuches AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 20 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Scherfestigkeit - Triaxialversuch Versuchsarten • D-Versuch (Dränierter Versuch mit ∆u = 0) • CU-Versuch (∆u ≠ 0). Porenwasserdruckmessung erforderlich • UU-Versuch (Undränierter Unkonsolidierter Versuch mit ∆u ≠ 0) AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 21 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Verformungsverhalten - KD Versuch nach DIN 18 135 (Entwurf) Schemaskizze KD - Zelle AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 22 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU KD - Stand bodenmechanisches Labor BAW - DH Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Verformungsverhalten - KD Versuch nach DIN 18 135 (Entwurf) Auswertung der Ergebnisse AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 23 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 24 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau