Festigkeitstabelle 2 - TU Bergakademie Freiberg
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10 Geotechnik 2 Gebirgseigenschaften Felsmechanik 2.1 Entstehung der Gesteine Bild 2.4: Benennen und Beschreiben der Gesteine (DIN 4022 Teil 1, Tab. 5) 11 Geotechnik 2 Gebirgseigenschaften 12 2.2 Korngefüge Neben dem Mineralbestand ist für für die Gesteinseigenschaften die Form und die Anordnung der Gemengeteile von Bedeutung. Der Begriff Gefüge wird auf der Ebene Korn – Gestein in zwei Aspekte unterteilt. Struktur: Die Merkmale der Form des Einzelkorns oder die Art des Aufbaus aus den einzelnen Bestandteilen. (Zur Struktur von Tonböden siehe auch Studienunterlagen Smoltczyk B10). Textur: Das Gefüge höherer Ordnung oder die räumliche Anordnung der Einzelelemente. Correns (1968), Seite 192, erklärt den Unterschied von Struktur und Textur an einem Beispiel aus der Architektur: Ein Bauwerk aus Ziegeln hat Ziegelstruktur“, eines aus Feldsteinen Feldsteinstruktur“. ” ” Die Stilrichtung des Gebäudes wäre dann die Textur. Die romanische Kirche aus Ziegeln hat eine romanische Textur“ und eine Ziegelstruktur“. Der Gebrauch der Begriffe Struktur und Textur ist ” ” jedoch nicht einheitlich, denn das was im Deutschen mit Struktur bezeichnet wird, heißt im Englischen texture und die deutsche Textur“ ist im Englischen fabric. Im Englischen wird der Begriff structure ” für die höhere Gefügeordnung, z. B. die Absonderungsform magmatischer Gesteinsblöcke, verwendet. Wenn das Trennflächengefüge die Anordnung der Gesteinsblöcke beschreibt, so kennzeichnet die Textur das Gefüge der Kristalle und Körner. Zur Beschreibung der Regelung, d. h. der Orientierung der Bausteine des Gesteins wird dann, wie beim Trennflächengefüge, die Lagenkugel (flächengleiche Azitumalprojektion) verwendet. Anwendungen der Lagenkugel in der Mineralogie findet man bei Correns 1968, Seiten 288/289. Bedeutsamstes Texturmerkmal der Sedimentgesteine ist die Schichtung, denn sie hat in vielen Fällen einen so eindeutigen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, dass der Einfluss der Textur quantifiziert werden kann (Orthotropie, richtungsabhängige Scherfestigkeit). Einen Überblick über einige Strukturen und Texturen gibt Bild 2.5, das teilweise den Bildern 2.6 und 2.7 von Klengel/Wagenbreth 1981 entnommen ist. Felsmechanik 2.2 Korngefüge Bild 2.5: Schemazeichnungen von Strukturen und Texturen 13 Geotechnik 2 Gebirgseigenschaften 14 2.3 Trennflächengefüge Durch Trennflächen wird das Gestein in einzelne Körper zerlegt. Die Trennflächen sind das Charakteristikum von Fels, so dass Wittke (1984), Seite 43, definiert: Fels ist innerhalb eines ” bestimmten Homogenbereichs ein durch eine oder mehrere Scharen annähernd ebener zueinander paralleler Trennflächen zerteilter homogener Festkörper, der ein richtungsloses, flächiges oder lineares Gefüge haben kann. Störungen treten in der Regel als Einzelelemente auf.“ Die Daten des Trenngefüges — häufig auch als Gefügedaten bezeichnet — werden zuweilen in skalare (ungerichtete) Daten, wie Dichte, Porenvolumen etc., und gerichtete, vektorielle Daten, wie die Kluftrichtung, eingeteilt. Wenn man diese Einteilung beibehält, muss man konsequent von tensoriellen Daten sprechen. Die Einteilung kann dann entsprechend den verschiedenen Stufen der Tensoren erfolgen: Tensoren 0. Stufe (Skalare): Dichte, Temperatur, Porosität etc.; Tensoren 1. Stufe (Vektoren): Fließgeschwindigkeit, hydraulisches Gefälle, Orientierung der Trennflächen (Normaleneinheitsvektor), etc.; Tensoren 2. Stufe: Verzerrung, Spannung, Durchlässigkeit; Tensor 4. Stufe: Stofftensoren (verknüpfen Spannungen und Verzerrungen bzw. Spannungs- und Verzerrungsgeschwindigkeit). Je nach Größe, Form und Entstehung (Genese) einer Trennfläche spricht man von Großkluft, Kleinkluft, Störungsfläche, Schichtfuge, Schieferungsfläche, Bankung oder Riß. Klüfte sind durch Zerreißen des Gesteins entstanden; Schichtung wird durch eine stoffliche Inhomogenität senkrecht zur Anlagerungsebene ” hervorgerufen“ (DGGT 1982, Seite 285). Durch einen Wechsel von Ton und Sand bei der Ablagerung entsteht z. B. eine Schichtung aus Ton- und Sandsteinen. Die Grenzflächen zwischen den verschiedenen Stoffen bilden wegen ihrer geringeren Festigkeit häufig Trennflächen, die als Schichtfugen bezeichnet werden. Durch die Schichtfugen entstehen Schichtpakete. Man spricht von der Bankung, wenn die Schichtfugenabstände im Zentimeter- bis Meterbereich liegen. Bei geringen Abständen paralleler Trennflächen (Abstände im Millimeter- bis Zentimeterbereich) spricht man von einer klastischen Schieferung; entsteht die Struktur dadurch, dass die Mineralkörner in einer bestimmten Richtung liegen (Einregelung), liegt eine Kristallisationsschieferung vor. Rutschstreifen, Rillen oder dünne Filme gemahlenen Gesteins auf Trennflächen werden als Harnische bezeichnet. Die Oberflächen solcher Harnische wirken häufig wie poliert; deshalb sind auch die Bezeichnungen Spiegel, Spiegelharnisch oder Spiegelfläche üblich. Typische Trennflächengefüge zeigt Bild 2.6. Für die Erfassung der Gefügedaten wird angenommen, dass die Trennflächen als Ebenen beschrieben werden können. Von den zahlreichen Möglichkeiten, die es zur Kennzeichnung der Raumstellung einer Ebene gibt, werden in der Geotechnik im allgemeinen zwei Winkel gewählt, die das Streichen und Fallen charakterisieren (Bild 2.7). Felsmechanik 2.3 Trennflächengefüge 15 Bild 2.6: Gefügemodelle verschiedener Felsarten (Auszug aus Bild 2, Wittke 1987) α0 β β0 αF Streichen Fallen scheinbares Einfallen Fallrichtung (Azimut des Einfallens) Bild 2.7: Streichen und Fallen einer ebenen Fläche Über den Streichwinkel wird die Richtung der Schnittlinie einer gedachten horizontalen Ebene mit der Trennfläche gegenüber der Nordrichtung definiert. Als Fallwinkel β wird der Winkel zwischen der Falllinie der Trennfläche und der Horizontalen bezeichnet. DIN 4023 sieht zwei Arten der Beschreibung der Trennflächenrichtung vor: 1. Die Fallrichtung wird in die Horizontale projiziert und der Winkel zwischen Nordrichtung und Fallrichtung definiert die Streichrichtung. Wird die Streichrichtung so beschrieben, wird im fol- Geotechnik 2 Gebirgseigenschaften 16 Bild 2.8: Blick in einen Steinbruch in Irland genden die Bezeichnung αF für den Winkel im Uhrzeigersinn von der Nordrichtung zur Fallrichtung gewählt. 2. Von der Nord-Süd-Linie wird hin zur Schnittlinie, der Streichrichtung, im Uhrzeigersinn gemessen. Die Lösung ist zweideutig. Es wird immer der Winkel angegeben, der kleiner als 90o ist. Ergänzend ist die Himmelsrichtung der Fallrichtung anzugeben. Bei einem Einfallen der Trennfläche mit β = 30o nach Südwesten also: α = 135o , β = 30o SW .
