Abschnitt 7 - Klassifizierung der Gesteine für das Lösen im Felsbau
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TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-1 Abschnitt 7 - Klassifizierung der Gesteine für das Lösen im Felsbau Ingenieurgeologische Klassifizierung der Gesteine nach DIN 18300 Klasse gem. DIN 18300 6 7 Felsmerkmal (1) weich (2) stark klüftig (3) brüchig (4) bröckelig (5) schiefrig (6) verwittert (1) hohe Gefügefestigkeit (2) wenig klüftig (3) wenig verwittert Felseigenschaft Gesteinsfestigkeit Trennflächengefüge Verwitterungszustand Gesteinsfestigkeit Trennflächengefüge Verwitterungszustand Vorschlag zur Überarbeitung der DIN 18300 nach [7-1] Trennung in zwei Anwendungsbereiche: • Klasse: Lösen; mit drei Lösbarkeitsklassen • Klasse: Laden, Transportieren, Einbauen Verdichten; mit drei Haufwerksklassen Prinzipielle Wirkungsweisen beim Lösen von Fels Prinzipielle Wirkungsweisen beim Lösen von Fels [7-1]. TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-2 Prinzipielle Wirkungsweisen beim Lösen von Fels Prinzipielle Wirkungsweisen beim Lösen von Fels [7-1]. Einfluß des Trennflächengefüges auf die Wahl der Reißrichtung [7-1]. Schematische Darstellung der im Tunnelbau üblichen Einbruchsarten Keileinbruch und Kegeleinbruch [7-2]. TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-3 Klassifizierung des Lösens für den Felsbau Lösevorgang T (trennflächenbedingt): • Lösen entlang von Trennflächen (T) im stark durchtrennten Gebirge mit engständigen Trennflächen. Lösevorgang G (gesteinsbedingt): • Lösen des Gesteins (G) bei wenig durchtrenntem Gebirge mit sehr weitständigen Trennflächen durch Zerstörung des Gesteines. Lösen des Felsverbandes: • Kombination von Lösevorgang T und G. • Bei starker Ausprägung des Trennflächengefüges geringer Einfluß der Gesteinseigenschaften. • Bei geringer Ausprägung des Trennflächengefüges dominieren die Gesteinseigenschaften. Klassifizierung des Lösens - Lösevorgang T (trennflächenbedingt) 1. Eigenschaften des Felsverbandes: 1.1. Geometrische Merkmale • Kluftkörpergröße und -form (Kluftabstand) • Durchtrennungsgrad (Kluftflächenanteil) • Kluftweite (Öffnungsweite) • Form und Rauhigkeit der Kluftoberflächen 1.2. Mechanische Merkmale • Trennflächen-Scherfestigkeit (Festigkeit der Kluftkörperbrücken) 2. Externe Merkmale: 2.1. Geometrische Merkmale • Anzahl der freien Angriffsflächen • Angriffsrichtung in Bezug zum Trennflächengefüge 2.2. Geologische Merkmale • Verspannung oder Auflockerung des Felsverbandes (Auflasten, Entfestigung bei Verwitterung und Massenbewegungen) 2.3. Mechanische Merkmale • Eigengewicht des überlagernden Felsverbandes • Kluftwasserdruck, Spaltenfrostdruck Klassifizierung des Lösens - Lösevorgang G (gesteinsbedingt) 1. Eigenschaften des Gesteines: 1.1. Geometrische Merkmale • Mineralkorngröße und -form (Struktur) • Anordnung der Mineralkörner im Raum (Gesteinstextur) • Stellung der Gesteinsstruktur im Raum (Orientierung) 1.2. Mechanische Merkmale • Gesteinshärte (Ritzbarkeit) • Gesteinsfestigkeit (Druck-, Zug-, Schlagfestigkeit 1.3. Gesteinsklassen • Homogengesteine • Matrixgesteine TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-4 Modelle für die Beschreibung des Korngefüges für das Lösen von Festgestein [7-1] Richtungsloses Korngefüge (isotrop), z. B. Magmatite. Lineares Korngefüge (anisoFlächiges Korngefüge (anisotrop), z. B. Metamorphite oder trop), z. B. Metamorphite. Sedimentite. Klassifizierung des Lösens - Bewertungsmerkmale - Übersicht Merkmalsgruppe Verwitterungszustand (VW) Kluftkörpermerkmale (KK) Trennflächenmerkmale (TF) Gesteinsfestigkeit (GF) • • • • • • • • • • Einzelmerkmale Verwitterungsgrad Kluftkörpergröße Kluftkörperform Durchtrennungsgrad Trennflächenöffnungsweite Trennflächenbeschaffenheit Handhammerfestigkeit Rückprallhärte einaxiale Druckfestigkeit Ultraschallwellengeschwindigkeit Bewertungsmerkmal - Verwitterungsgrad [7-1] W1 - unverwittert; keine sichtbare Verwitterung, 20 Punkte Härte/Festigkeit Hammerschlag Porosität / Wasseraufnahme hart / > 50 MPa heller Klang / kaum ritzbar je nach Gestein W1 - angewittert; Verfärbungen auf Klüften und im Gestein, 15 Punkte Härte/Festigkeit Hammerschlag Porosität / Wasseraufnahme mäßig hart / 25 - 50 MPa weniger heller Klang bis 3 Vol.-% / schwach ritzbar WA bis 1 % W3 - mäßig entfestigt; deutliche Verfärbungen, Entfestigungen, aber noch nicht mürbe, 10 Punkte Härte/Festigkeit Hammerschlag Porosität / Wasseraufnahme schwach absandend / dumpfer Klang > 3 Vol.-% / 5 - 25 MPa Einkerbung bei Hammerschlag WA > 1 % W4 - stark entfestigt; starke Verfärbungen auf Klüften und im Gestein, entfestigt, mürbe, 5 Punkte Härte/Festigkeit Hammerschlag Porosität / Wasseraufnahme mürbe, brüchig, absandend / gute Einkerbung bei Hammer- > 10 Vol.-% 1 - 5 MPa schlag, mit der Hand brechbar (Richtwert) W5 - zersetzt; Gestein völlig entfestigt, Gefüge noch erkennbar, 0 Punkte Härte/Festigkeit Hammerschlag Porosität / Wasseraufnahme Verhalten wie Lockergestein / von Hand lösbar > 15 Vol.-% < 1 MPa zerreibbar (Richtwert) TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-5 Bewertungsmerkmal - Kluftkörpergröße Schema der Gesteinsklassifizierung nach der Kluftkörpergröße [7-1]. Bewertungsmerkmal - Kluftkörperform [7-1] Bewertungsmerkmale zur Beschreibung der Trennflächen Beschreibung der Ausbildung der Oberflächenform von Trennflächen [7-1]. oben - Oberflächenform Mitte - Trennflächenöffnung unten - Durchtrennungsgrad TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-6 Unterschiedlicher Gebrauch des Begriffes Durchtrennungsgrad Erläuterung des unterschiedlichen Gebrauches des Durchtrennungsgrades in der Strukturgeologie und in der Klassifizierung der Gesteine zum Lösen im Felsbau [7-1]: • In der Strukturgeologie wird der Durchtrennungsgrad definiert als mittlerer Kluftabstand in Metern. • In [7-1] wird der Durchtrennungrad im Sinne der vollständigen oder unvollständigen Durchtrennung angewendet (Ausbildung von Gesteinsbrücken, siehe Abbildung zur Beschreibung der Ausbildung der Trennflächen ganz unten). • Die Verwendung in [7-1] entspricht damit dem Kluftflächenanteil in der Strukturgeologie. Durchtrennungsgrad in der Strukturgeologie Durchtrennungsgrad = mittlerer Kluftabstand (m) 1 : 5 = 0,2 m Durchtrennungsgrad = 1 ---------------------Klüftigkeitsziffer Klüftigkeitsziffer = Kluftanzahl ---------------------- = Meßstrecke (m) 5 --1m Durchtrennungsgrad für das Lösen im Felsbau [7-1] Durchtrennungsgrad (%) = vollständige Durchtrennung oder nicht (Materialbrücken?) Kluftflächenanteil in der Strukturgeologie Kluftflächenanteil (%) = Kluftfläche ---------------------Aufschlußgröße (%) Kluftfläche = Aufschlußgröße = 100 % Bewertungsmerkmal - Handhammerprüfung [7-1] Geologenhammer - Gesamtmasse von 850 g bei einer Stiellänge von 30 cm (genormt). Kriterium 1 - Zerschlagbarkeit Kriterium 2 - Klang Kraftaufwand zum Zerschlagen des Gesteins Anschlagen des Gesteins "schwer zerschlagbar" mehrere feste Schläge zum Abschlagen einer Probe "leicht zerschlagbar" ein fester Schlag genügt "von Hand schwer brechbar" kein Hammer nötig, mit größerem Kraftaufwand per Hand "von Hand leicht brechbar" bröckeliges Lockergestein "hoch" (hell) Gestein klingt / Masseeinfluss beachten "weniger hoch" "dumpf" "brüchig" Gefüge aufgelöst TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-7 Bewertungsmerkmale Gesteinsfestigkeit / Prallhammerprüfung / Durchschallung Auszug aus [7-1] TU Dresden / Institut für Geotechnik Professur für Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie Seite 7-8 Klassifizierung des Lösens - Zusammenfassung Bewertungsschema zur Klassifizierung der Festgesteine zum Lösen [7-1]. Formblatt zur Bewertung und Klassifizierung der Festgesteine zum Lösen [7-1]. Literatur / Quellenangaben zum Abschnitt 7 [7-1] Kriterien zur Klassifizierung von Festgesteinen gemäß DIN 18300. - Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik 684(1994). - S. 1 - 221 [7-2] PRINZ, H.: Abriß der Ingenieurgeologie. - Enke Verlag, 2. Auflage 1991
