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Einführung
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Einführung
Veränderlich feste Gesteine nehmen vor allem in Süd- und Mitteldeutschland und den
angrenzenden Regionen große Teile der oberflächennah anstehenden Gesteine ein. Die
flächenhafte Verbreitung von Röt und Opalinuston, welche in dieser Arbeit für die
Untersuchungen herangezogen wurden, zeigt die Karte in Abbildung 1. Dies sind jedoch nur
zwei beispielhafte stratigraphische Einheiten – ähnliche wechselfeste Tonsteine sind z.B.
auch im Paläozän, im Keuper und in der Kreide zu finden (siehe Anhang B).
Im Erd-, Straßen- und Tunnelbau führt das Auftreten von veränderlich festen Tonsteinen
immer wieder zu Problemen, da sich der Entfestigungs- bzw. Verwitterungszustand eines
überkonsolidierten Tonsteins während der Baumaßnahme so stark verändern kann, dass die
Tragfähigkeit des Planums oder die Stabilität von Dämmen und Einschnittsböschungen oder
Tunnelquerschnitten nicht mehr gegeben sind. In Gesteinen wie den Röt-Tonsteinen und
dem Opalinuston muss mit oberflächennahen Rutschungen in natürlichen und künstlichen
Böschungen immer gerechnet werden (WICHTER, HECHT & HOLLINGER 2004). Des Weiteren
treten wegen der Veränderlichkeit Unsicherheiten hinsichtlich der Klassifizierung von
Bearbeitbarkeit des Materials und Einordnung in geltende Normen auf. Deshalb schlugen
NICKMANN et al. (2005) vor, eine Klassifizierung nach der Zerfallsneigung und einem
Sammelparameter der Gefügefestigkeit, der sich aus einaxialer Druckfestigkeit, dem
Porenvolumen und der Quellfähigkeit zusammensetzt, vorzunehmen. Diese Idee ist ein
Schritt in die richtige Richtung, berücksichtigt jedoch noch nicht die mitunter gravierende
Veränderlichkeit der Gefügefestigkeit in kürzester Zeit.
Alles an Tonminerale gebundene und in Tonsedimenten enthaltene Wasser unterliegt
Wechselwirkungen mit dem Feststoff und hat damit unterschiedlichen Einfluss auf die
physiko-mechanischen Eigenschaften. Jede Änderung des Wassergehalts bewirkt demnach
Änderungen der Eigenschaften des Gesteins, die nur teilweise reversibel sind. Im
teilgesättigten Bereich unterliegen sowohl das Porenwasser als auch das Feststoffgerüst
zusätzlichen Wechselwirkungen mit der Porenluft. Erschwerend für die Klassifikation und
Bewertung der veränderlich festen Gesteine kommt hinzu, dass die Ergebnisse
bodenmechanischer und felsmechanischer Laboruntersuchungen zu einem wesentlichen
Anteil von der Art der Behandlung der Proben abhängig sind, da die Tone entsprechend
ihres Verwitterungsgrades bzw. Gefügezustandes unterschiedlich empfindlich mit
spezifischen
Gefügeänderungen
auf
Wassergehaltsänderungen
und
mechanische
Beanspruchung reagieren. Die mit dem Tonsteinaggregatzerfall verbundene Inhomogenität
des Gebirges ist schwer einzuschätzen.
Die Bedeutung der Problematik führte in den Jahren 1978 bis 1983 zur Einrichtung eines
interdisziplinären Schwerpunktprogramms der DFG. Was die Gründe für die wechselnden
mechanischen Eigenschaften von überkonsolidierten Tonsedimenten und das gleichzeitige
und benachbarte Auftreten unterschiedlich fester Varietäten desselben Tonsedimentes sind,
ist trotz intensiver Forschung in den letzten Jahrzehnten noch immer unklar (SCHETELIG &
BECKER 2001). Die Vorstellung der Saugspannung im ungesättigten Boden existiert in der
Bodenkunde seit mehren Jahrzehnten, eine Verknüpfung mit ingenieurgeologischen und
bodenmechanischen Problemstellungen wurde nach eigener Literaturrecherche bislang nicht
versucht.
Aufbauend auf den Erkenntnissen diverser Autoren über den Einflusses von sedimentärem
Environment, der Überlagerungsgeschichte und dem Anteil organischen Kohlenstoffs etc.
war das Ziel der hier vorgelegten Arbeit zu versuchen, einen möglichen Erklärungsansatz
für die Ursachen dieser veränderlichen Festigkeiten aus Sicht der Wechselwirkung zwischen
Porenfluid und Feststoffgerüst im teilgesättigten Porenraum zu finden.
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Abbildung 1 Karte der Verbreitung des Oberen Buntsandsteins (enthält Röt-Tonsteine) und des Lias
(beinhaltet Opalinuston) in Deutschland (Zusammenstellung aus Geologischer Karte
Deutschland, Geologische Karte Baden-Württemberg, Geologische Karte Sachsen-Anhalt und
Geologische Karte Thüringen).
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