Abschnitt 7 - Klassifizierung der Gesteine für das Lösen im Felsbau

TU Dresden / Institut für Geotechnik
Professur für Angewandte Geologie
Vorlesungsmaterial Felsbau/Strukturgeologie
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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].
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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].
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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
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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)
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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
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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
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Bewertungsmerkmale Gesteinsfestigkeit / Prallhammerprüfung / Durchschallung
Auszug aus [7-1]
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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