Geologische Grundlagen des Felsbaus VO 1,0 WS 2012/13 LVA-Nr. 203.599 Stoffübersicht: • • • • • • • • • • Charakterisierung von Gesteinen, Bestimmungsmerkmale Trennflächen – Eigenschaften und geotechnische Auswirkungen Durchtrennungs- und Zerlegungsgrad Gestein und Gebirge - Labor und Naturverhältnisse Interngefüge, Anisotropie, Struktur und Textur, Schichtung und Schieferung – Auswirkung auf felsmech. Kennwerte Einfluss Kluftfüllungen und -beläge, Wasser Einfluss Verwitterung Porosität, Durchlässigkeit Gesteinskennwerte: Anwendung auf: Laborversuche, Gebirgskennwerte Anwendung auf: Böschungen, Anschnitte, Tunnel, Injektion, Talsperrengründungen, Tunnelbau Gestein und Gebirge GESTEIN (nach Rili zykl. Vortrieb): Durch natürliche Vorgänge entstandene Vereinigung aus mineralischen Bestandteilen, gekennzeichnet durch die Art und Menge der auftretenden Minerale und durch das Korngefüge. FESTGESTEIN, FELS (n. ÖN B 2203-2) Mineralgemenge, dessen Eigenschaften hauptsächlich durch seine physikalisch/chemische Bindung bestimmt sind. GEBIRGE (n. Rili zykl. Vortrieb) Teil der Erdkruste, zusammengesetzt aus Festgestein (Fels) oder Lockergestein (Boden), oft mit anisotropen Eigenschaften, einschließlich Trennflächen und Hohlräume mit Füllungen aus flüssigen oder gasförmigen Bestandteilen. LOCKERGESTEIN (n. ÖN B2203-2) Anhäufung von anorganischen und verschiedenkörnigen Feststoffen, fallweise auch mit organischen Beimengungen, deren Eigenschaften vorwiegend durch die Kornzusammensetzung, die Lagerungsdichte und den Wassergehalt bestimmt sind VERÄNDERLICH FESTE GESTEINE: Aufgelockerter Fels und/oder diagenetisch wenig verfestigte. Übergang zu Lockergestein, oft wasserempfindlich, keine scharfen Grenzen. Gestein und Korngefüge Glimmerschiefer, blättrig (Dünnschliff 2x3 cm) Phyllit, dünnblättrig Gestein und Korngefüge Gneis. Plattige Absonderung (Gartenstiege) Granit, feinkörnig, würfeliger Bruchkörper Lockergesteine Kies (2 mm – 63 mm) Kies- und Sandwüste (Syrien) Gebirgsbeschreibung Weg v. massiven Fels zum Lockergestein (Zunahme Klüftung , meist auch mit Verwitterung) Halbquant. Beschreibung nach Klufthäufigkeit und Klufterstrckung (Durchtrennungsgrad) Müller 1963 Kluftkörpertypen Durchtrennung nach 3 Richtungen (wegen 3-ax. Beanspruchung) +/- kubische Kluftkörper (Granitgneis) Säulige Kluftkörper (Basalt): Säulen quer zur Abkühlungsfront der Schmelze Gebirgsbeschreibung -Kluftkörper Bedeutung der Kluftkörper: Felsbau i.a., bes. Steinschlagschutz (Eingangsdaten: KKG-Form, Größe, Fallhöhe), Stabilität von Felsböschungen, Steinbrüchen, Einschnitten, Tunnelbau Wittke 2002 Müller 1963 Durchtrennungsgrad Müller 1963 Gebirgsbeschreibung Kluftkörperverband: a) Steinkastenverband b) Mauerwerksverband c) Verschränkter Verband d) Zusammenhängender Verband Müller 1963 HOEK: GSI (geological Strength Index) Hoek et al Gebirgsbeschreibung Gebankter Kalk (Dachstein) Kalkschiefer (Engadiner Fenster b. Prutz) Gesteinszertrennung- Dimensionen Störzonen Störungen - Luftbild Atacama, Chile, Aufnahme aus Gemini-Flug, h ca. 450 km Störzonen Nichtlinearer Verlauf von Störzonen (Piteau 1963 Störzone im Kalkplateau des Dachsteinmassivs Störzonen Störzonen Störzone im Tunnel Geoteam Brenner-Basistunnel Deformationstypen in Scherzone Schematischer Schnitt durch eine Blattverschiebung; die Scherzone ist in der spröden Oberkruste an einzelne Störungen gebunden und weitet sich im duktilen bereich aus. Rechts: Deformationstypen Eisbacher 2003 Gebirgsbeschreibung Störzonenmaterial Brosch et al Felsbau 2003 Verschiebungsmerkmale an Störzonen Harnischstriemung Versatz von Leithorizonten oder älterer Kluftgeneration Untersuchungsziele BAUWERK UNTERSUCHUNGSSCHWERPUNKTE Hochbauten Standortwahl, Tragfähigkeit, Setzungsverhalten, Standsicherheit Baugrubenböschungen, Wasserverhältnisse Brücken Standortwahl, Standsicherheit und Setzungsverhalten, Stützenbereiche u. Widerlager (Resultierende), Erosion, Kolke Verkehrswege Trassenlage (Hang- oder Tallage), Hänge ober- und unterhalb Trasse, Setzungsverhalten, Standsicherheit natürl. u. künstl. Böschungen, Frostverhalten Talsperren Standortwahl, Belastbarkeit d. Untergrundes (Resultierende), Standsich. Widerlager, Einbindetiefe (Verwitterung), Dichtheit Sperrenstelle und Speicherraum, Verlandung, Erdbebensicherheit und induzierte Seismizität, Standsicherheit Speicherhänge, Materialgewinnung (Dichtelemente, Betonzuschlag, Schüttmaterial) Tunnel, Stollen, Kavernen Trassenwahl, geolog.-geotechnische Prognose, Portalbereiche, Ausbruchs- (Gebirgs)verhalten (Standsicherheit), Homogenbereiche, Gebirgsspannungen, Wasserverhältnisse ober- u. untertage, Temperatur, Quell- und Schwellverhalten, Gase, Deponien, Verwendbarkeit Ausbruch, Bohr- und Fräsbarkeit. Flußbau Erosionstätigkeit, Uferstabilität, Erosionshindernisse, Sedimentation, Grundwasser See/Hafenb. Erosion, Verlandung, Gründungen Deponiebau Standortwahl, Dichtheit der geologischen Barriere, Wasserverhältnisse, Setzung Untergrund. Bohrkerne FESTGESTEIN Oben: Glimmerschiefer Rechts: Granitgneis Bohrprofil Festgestein Anm Bohrprofile Bohrkronen Greifer (Brunnen, Pfähle) Einfachkronen Doppelkernrohr Bohren 3 Flysch Wienerwald Flysch-Wechsellagerung im Gelände Reechts: Bohrkerne WiewnerwaldTunnel Seismik (refraktion) Merkmale asd Seismik Seismik Auswertung Kombination verschiedene Impulspositionen Seismogramm BL-Seismik BL-Geophysik Geoelektrik Geoelektrische Profilauswertung Veränderliche Festigkeiten frisch Nach 4 Wochen Ursache: Feuchtigkeitsaufnahme tonreicher Mergel. Verwitterung - Festigkeiten ÖN B 4400-1 E UCS SPZ Wz Dd P [GPa] [-] [kJ/m³] [g/cm³] [%] [ °] [kN/m²] 1.3 1.8 50 30 40° 30° 35 15 1.8 2.3 30 13 30° 20° 20 10 2.3 2.52 13 5 20° 10° 50 25 2.50 2.56 6 3.5 2.54 2.58 4.5 2.5 150 550 2.58 2.62 2.5 1 > 250 2.62 2.64 1 0.5 V-6 Vollständig verwittert IV - 5 Stark verwittert III - 4 Mittelstark verwittert II-III - 3 Leicht verwittert II - 2 Angewittert I-1 Frisch und unverwittert 0.5 25 25 120 120 250 0.05 2 10 20 5 12 10 100 geschätzt 2 15 10 25 > 170 > 20 20 40 40 60 8 12 12 25 > 60 >17 Kein Daten 100 150 geschätzt Ermittlung von Kennwerten nicht möglich V4 Veränderlich festes Gestein Ermittlung von Kennwerten nicht möglich V 4- total zersetzt Lockergestein VI - 7 Residualboden c Nur Kluft Festgestein Verwitterungs- UCS SPZ grade [MPa] [MPa] V3 V2 V 3- tief ins Gestein verwittert V 2- stark angewittert V1 V 1- angewittert (an Kluft) V 0 V 0- unverwittert n. Thuro 1998 Bohrgeschwindigkeit Bohrgeschwindigkeit Zu na hm e 4 vo nR i ss 200 Gesteinseigenschaften maßgebend en im Ge bir [%] 150 ge sehr hoch hoch 3 Kluftabstände groß gegen die Dimension des Bohrlochs 20 cm 63 cm Trennflächenabstände 50 mittel gering sehr gering 200 cm 0 sehr weit 6,3 cm eng 0 2 cm dicht 0,6 cm weit Gebirgseigenschaften maßgebend mittel 1 sehr dicht 2 100 Zufallen von Bohrlöchern die Regel Störung Bohrgeschwindigkeit [m/min] 5 20 kW-Bohrhammer n. Thuro n. Thuro2003 2003 Verwitterung/Druckfestigkeit n. Thuro 2003 Bohren/Verwitterung 3.0 2.5 Baggervortrieb Bohrgeschwindigkeit [m/min] Bohrgeschwindigkeits-Klassifikation 2.0 1.5 mittel gering 41 Abschläge - 4651 Werte 1.0 2 3 4 5 6 Verwitterungsgrad n. Thuro 2003 Bohr-Standzeit n. Thuro 2003 Bohrrichtungen Bohr-Halbschalen Neigungsmessung INKLINOMETERMESSUNG Nullmessung 1993 - 2004 Inklinometer Hochmais (Speicher Gepatsch) Einbau der Pegelrohre Foto 1993 Bohrloch-Kegelspiegel Darstellung Kegelspiegel Links: Bohrloch_Abwicklung Unten: unverzerrte Aufnahme am Bildschirm Fernsehsonde Links: BL-Kamera mit Monitor Unten: Darstellung am Bildschirm Fernsehsonde (Seitenspiegel) Links: BL-Kamera Unten: Darstellung einer offenen Kluft am Bildschirm