Benennung & Klassifizierung von Boden · Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von...
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M. Sc. Yashar Forouzandeh
Benennung & Klassifizierung von Boden
Geotechnik I, HT 2017
Übung 1, 20.10.2017
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden
1. Verschiedene Klassifikationsschemata
-2-
DIN 4022-1 (1987-09): Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
Ziel: einheitliche Benennung und Beschreibung von Bodenarten, Dokumentation der
Baugrundaufschlüsse (Schichtenverzeichnis)
Visuelle und manuelle Verfahren zur Bestimmung der Bodenarten
Benennung = Zuordnen eines Namens gem. der stofflichen Zusammensetzung
Korngrößenverteilung, Plastizitätsgrenzen bindiger Bestandteile, etc.
Beschreiben = Aufzeichnen von Eigenschaften und Unterscheidungsmerkmalen
Farbe, Geruch, Kornform, Kornrauigkeit, Kalkgehalt, etc.
Benennung + Beschreibung = Bodenansprache
Beschreibung des bodenmechanischen Verhaltens
DIN EN ISO 14688-1 (2016-07): Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Benennung,
Beschreibung und Klassifizierung von Boden
Ist der Nachfolger der DIN 4022-1 und regelt die Benennung und Beschreibung von Boden und Fels
auf europäischer Ebene.
DIN 18196 (2011-05): Erd- und Grundbau - Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke
Ziel: Zusammenfassung von Bodengruppen mit annähernd gleichem stofflichem Aufbau und ähnlichen
bodenmechanischen Eigenschaften
Scherfestigkeit, Verdichtungsfähigkeit, Durchlässigkeit, Frostempfindlichkeit, etc.
Gruppierung bzgl. der bautechnischen Eignung
Baugrund für Gründungen, Baustoff für Straßen- und Bahndämme, Dränagen, etc.
Achtung: von DIN 4022-1 abweichende Bezeichnungen
Etc.
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -3-
2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Klassifizierung nach
Korngrößenbereiche und Kornverteilung
Plastischen Eigenschaften
Organischen Bestandteilen
Reine Bodenarten
Bestehen aus nur einem Korngrößenbereich nach Tabelle 1
Benennung entsprechend nach Tabelle 1 (vgl. folgende Folie)
Zusammengesetzte Bodenarten
Hauptanteil (Großbuchstaben nach Tabelle 1) wird mit Substantiv bezeichnet
Nebenanteile (Kleinbuchstaben nach Tabelle 1) werden mit Adjektiven bezeichnet und den
Hauptanteilen nachgestellt
Reihenfolge der Nebenanteile nach Bedeutung
Beispiel: Kies, sandig ; Ton, kiesig
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2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Korngrößenbereiche gemäß DIN 4022-1 (Tabelle 1)
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2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Korngrößenbereiche gemäß DIN EN ISO 14688-1 (Tabelle 1)
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2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Grobkornbereich
Benennung nach Tabelle 1
sind zwei Korngrößenbereiche mit etwa gleichen Massenanteilen vertreten (40% bis
60%), so sind deren Substantive durch ein „und“ zu verbinden
Feinkornbereich (Schluff und Ton)
Unterscheidung nicht nur nach Korngrößen, sondern auch
Berücksichtigung der plastischen Eigenschaften
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -7-
2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Hauptanteil
Nach Massenanteil am stärksten vertretene Bodenart, oder
Bodenart, die die bestimmenden Eigenschaften prägt
1. Einteilung nach Kornverteilung
grobkörnige Böden gemischtkörnige Böden feinkörnige Böden
Schluff- und Tonanteil < 5 % 5 % - 40 % > 40 %
2. Hauptanteil nach
Massenanteil plastischen
Eigenschaften
des
Feinkornanteils
plastischen
Eigenschaften
des Feinkorn-
anteils, wenn
dieser verhal-
tensbestimmend
Massenanteil,
wenn Feinkorn
nicht
verhaltens-
bestimmend
3. Benennung mit Hilfe
von Korngrößen-
unterbereiche
Plastizitäts-
diagramm
Plastizitäts-
diagramm
Korngrößen-
unterbereiche
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -8-
2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Der Feinkornanteil ist dann nicht verhaltensbestimmend, wenn:
der Boden im Trockenfestigkeitsversuch keine oder nur geringe Trockenfestigkeit aufweist
der Boden beim Knetversuch keine Knetfähigkeit besitzt
Trockenfestigkeitsversuch
Trocknung der Bodenprobe (Luft, Sonne, Ofen)
Widerstand gegen Zerbröckeln
Hinweis auf die Trockenfestigkeit und die Plastizität (Wasseraufnahmevermögen) des Bodens
Trockenfestigkeit Beschreibung Beispiele
Keine Getrockneter Boden zerfällt ohne oder bei geringster Berührung
in ein Haufwerk von Einzelkörnern G/ S/ G,s
Niedrig Getrockneter Boden zerfällt bei leichtem bis mäßigem
Fingerdruck U/ U,fs/ fS,u/ G,u
Mittel Getrockneter Boden zerbricht erst unter erheblichem
Fingerdruck in einzelne, zusammenhängende Bruchstücke G,t/ S,t/ U,t
Hoch Keine Zerstörung durch Fingerdruck, lediglich Zerbrechen
zwischen den Fingern möglich T/ T,u/ T,s/ G,t,s
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -9-
2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Knetversuch
Ausrollen der Bodenprobe zu 3mm dünnen Walzen + Formen zu einem Klumpen, erneutes
Ausrollen, …
Ständige Wasserabgabe beim Ausrollen und Klumpenformen bis die Probe beim Ausrollen
zerbröckelt (=> nur noch Kneten aber kein Ausrollen mehr möglich)
Abschätzung der Plastizität
Plastizität Beschreibung Beispiele
Leicht Aus den Walzen kann kein zusammenhängender Klumpen mehr
gebildet werden. T,s/ U
Mittel Der gebildete Klumpen lässt sich nicht mehr kneten sondern
zerkrümelt unter leichtem Fingerdruck. U,t/ T,s
Ausgeprägt Der aus den Walzen gebildete Klumpen lässt sich - auch unter
erhöhtem Fingerdruck – kneten, ohne zu zerbröckeln. T
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2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Nebenanteil
Grobkörnige Nebenbestandteile nach Tabelle 1
Anteil an Feinkorn, der die bestimmenden Bodeneigenschaften nicht prägt
Grobkörnige Nebenanteile
Beiwort „schwach“ für
Anteile < 15%
Beiwort „stark“ für
Anteile > 30%
Feinkörnige Nebenanteile
Verhalten nicht vom
Feinkornanteil geprägt
(Hauptanteil wurde nach
Massenanteil benannt)
Beiwort „schwach“ oder
„stark“ zu den Adjektiven
„tonig“ und „schluffig“
dann, wenn Neben-
anteile besonders
geringen oder besonders
starken Einfluss auf
Bodenverhalten nehmen
Verhalten vom Feinkornanteil
geprägt (Hauptanteil nach
plastischen Eigenschaften
benannt)
Beurteilung nach
plastischen Eigenschaften
Beiwort „tonig“ oder
„schluffig“, wenn Boden im
Plastizitätsdiagramm
weniger als 3% über oder
unter A-Linie liegt
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -11-
2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Plastizitätsdiagramm aus DIN 4022-1 (Bild 3)
Fließgrenze wL:
Wassergehalt am
Übergang vom
flüssigen zum bild-
samen Zustand
Nach DIN 18122:
Wassergehalt, bei
dem sich die Probe
im Fließgrenzen-
gerät nach 25
Schlägen schließt.
PLP wwI
Plastizitätszahl IP:
Wasseraufnahme-
vermögen eines
Bodens
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -12-
2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Kurzzeichen nach DIN 4023
Hauptanteil Großbuchstaben gemäß Tabelle 1
Nebenanteil Kleinbuchstaben gemäß Tabelle 1
dem Hauptanteil nachgestellt
Reihenfolge nach Bedeutung
untereinander durch Kommata getrennt
Beispiel: Kies, sandig, schluffig G,s,u
'u,sG,
Grobkörnige Bodenart mit 2 Korngrößenbereichen von annähernd gleichen Massenanteilen
zwischen 40% und 60%
Kurzformen durch Schrägstrich verbinden
Beispiel: Kies und Sand, tonig G/S,t
Schwacher Nebenanteil wird durch Apostroph hinter der Kurzform dargestellt
Starker Nebenanteil wird durch Strich über bzw. Stern hinter der Kurzform gekennzeichnet
Beispiel: Kies, stark sandig, schwach schluffig G,s*,u‘ =
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -13-
2. Benennung und Beschreibung nach DIN 4022-1: 1987-09
Kurzzeichen nach DIN 4023 DIN 4022-1/4023 DIN EN ISO 14688-1
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -14-
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Korngrößenverteilung
Anteil der Korngrößen in Prozent der Gesamttrockenmasse
Nur Korngrößen bis 63 mm Durchmesser werden berücksichtigt
Korngrößen > 0,125 mm Siebung
Korngrößen < 0,125 mm Sedimentation
Siebung
Keine / kaum Korngrößen < 0,063 mm
Trockensiebung
Nennenswerte Korngrößenanteile < 0,063 mm
nasses Abtrennen der Feinteile < 0,125 mm
Sedimentation
Aufschlämmen von Korngrößen < 0,125 mm
Messung der Änderung der Suspensionsdichte mit Aräometer
(Absinkgeschwindigkeit von äquivalentem Korndurchmesser
abhängig)
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -15-
Korngrößenverteilung
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -16-
Korngrößenverteilung
Ungleichförmigkeitszahl:
Beschreibt anhand der Körnungslinien-Neigung die Gleichförmigkeit bzw.
Ungleichförmigkeit eines Bodens
Informationen über die Bodeneigenschaften, z.B. Verdichtbarkeit
Krümmungszahl:
Beschreibt den Verlauf der Körnungslinie zwischen d10 und d60
10
60
d
dU
1060
30 ²
dd
dCC
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -17-
Zustandsformen
Zustandsgrenzen
Fließgrenze wL: Wassergehalt am Übergang vom flüssigen zum bildsamen Zustand
Ausrollgrenze wP: Wassergehalt am Übergang vom bildsamen zum halbfesten Zustand
Schrumpfgrenze wS : Wassergehalt am Übergang von der halbfesten zur festen
Zustandsform
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -18-
Bestimmung der Ausrollgrenze
Von einer Bodenprobe (Körnung < 0,4mm) wird ein teil zu 3mm dicken Walzen ausgerollt,
wieder zusammengeknetet und erneut ausgerollt, bis sie bei genau 3mm Dicke zu bröckeln
beginnen. Der dann messbare Wassergehalt ist wP.
Fließgrenzengerät nach Casagrande
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -19-
Konsistenzzahl IC
Plastizitätszahl IP
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -20-
Klassifizierung nach
Korngrößenbereiche und Kornverteilung (nur d < 63 mm berücksichtigt)
Plastischen Eigenschaften
Organischen Bestandteilen
grobkörnige Böden
Massenanteil größer 0,063 mm > 95 %
Klassifizierung ausschließlich nach Korngrößenverteilung
feinkörnige Böden
Massenanteil kleiner 0,063 mm ≥ 40 %
Klassifizierung ausschließlich nach plastischen Eigenschaften
gemischtkörnige Böden
Massenanteil kleiner 0,063 mm (Feinkornanteil) zwischen 5 % und 40 %
Klassifizierung nach Korngrößenverteilung und plastischen Eigenschaften
Achtung: nach DIN 18196 kommt es nicht auf den verhaltensbestimmenden Anteil an
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -21-
grobkörnige Böden
Massenanteil größer 0,063 mm > 95 %
Klassifizierung nach Korngrößenverteilung
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -22-
feinkörnige Böden
Massenanteil kleiner 0,063 mm ≥ 40 %
Klassifizierung ausschließlich nach plastischen Eigenschaften
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -23-
gemischtkörnige Böden
Massenanteil kleiner 0,063 mm zwischen 5 % und 40 %
Klassifizierung nach Korngrößenverteilung und plastischen Eigenschaften
Einordnung in Untergruppen (tonig / schluffig) nach Zustandsgrenzen
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -24-
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -25-
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -26-
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -27-
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -28-
3. Klassifikation nach DIN 18196: 2011-05
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -29-
Übungsaufgaben
Aufgabe 1
Eine Siebanalyse nach DIN 18123 ergab folgende Siebdurchgänge:
a) Zeichnen Sie die Körnungslinie/Sieblinie in das entsprechende Diagramm ein.
b) Benennen Sie den vorliegenden Boden nach DIN 4022-1.
c) Klassifizieren Sie den vorliegenden Boden nach DIN 18196.
d [mm] 0,063 0,125 0,25 0,4 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 31,5 63,0
Durch-
gang [%] 3 7 14 20 23 39 57 76 92 100 100 100
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -30-
Übungsaufgaben
Aufgabe 2
In einer Erkundungsbohrung wurden in unterschiedlichen Tiefen 3 Bodenproben entnommen.
Die entsprechenden Körnungslinien sind nachfolgend dargestellt.
Boden 1
Boden 2
Boden 3
Geotechnik I – Übung 1: Benennung & Klassifizierung von Boden -31-
Übungsaufgaben
Zu Aufgabe 2
Für die jeweiligen Feinkornanteile der Böden 1 bis 3 wurden folgende Zustandsgrenzen
ermittelt:
Bodenprobe 2 besitzt keine Trockenfestigkeit.
Bodenprobe 3 war knetbar.
Boden wL [%] wP [%]
1 75 34
2 49 24
3 43 19
a) Benennen Sie 3 Bodenproben nach DIN 4022-1.
b) Klassifizieren Sie die vorliegenden Böden 1 bis 3 nach DIN 18196.