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XV Labor- und Feldversuche 17092013
XV Labor- und Feldversuche
1 Wassergehalt
Der Wassergehalt einer Bodenprobe laumlsst sich aus dem Verhaumlltnis des Massenverlusts
beim Trocknen mw (Masse des Porenwassers) zur verbleibenden Trockenmasse md
bestimmen
w
d
mw
m (Gl XV-1)
Der Wassergehalt wassergesaumlttigter Boumlden (Sr = 1) ist durch seine Porenzahl e bestimmt
w
s
w e
(Gl XV-2)
Zur Bestimmung des Wassergehalts wird die zu untersuchende Bodenprobe in einem
Waumlrmeschrank bei 105degC getrocknet Durch Waumlgung vor und nach dieser Trocknung
lassen sich die Massen mw und md bestimmen Neben der Ofentrocknung kommt auch die
Schnelltrocknung mit Infrarotstrahler Elektroplatte Gasbrenner oder Mikrowelle zum
Einsatz
Mit Hilfe der Trockenwaumlgung laumlsst sich der Wassergehalt bei Kenntnis der Differenz
zwischen der Korndichte ρs und der Dichte des Wassers ρw auch ohne Trocknung der
Probe bestimmen Bei diesem Versuch werden zunaumlchst die feuchte Probe (m) und ein bis
zum Rand mit Wasser gefuumllltes Tauchgefaumlszlig (m1) gewogen Anschlieszligend wird ein Teil des
Wassers aus dem Tauchgefaumlszlig geschuumlttet und die feuchte Probe eingefuumlllt Das Tauchgefaumlszlig
wird bis zum Rand mit Wasser aufgefuumlllt und erneut gewogen (m2) Die Masse der
trockenen Probe md kann anschlieszligend nach Gl XV-3 bestimmt werden
s 2 1d
s w
m mm g
(Gl XV-3)
Der Wassergehalt ergibt sich zu
d
d
m mw
m
(Gl XV-4)
Weitere Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts ohne Trocknung sind das Verfahren
mit Groszligpyknometer das Calciumcarbidverfahren und das Luftpyknometerverfahren
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2 Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquosche Grenzen)
Bei bindigen Boumlden bestimmt der Wassergehalt die Zustandsform (Konsistenz) des
Bodens die fuumlr dessen Tragfaumlhigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist Mit
abnehmendem Wassergehalt geht bindiger Boden von der fluumlssigen in die plastische dann
in die halbfeste und anschlieszligend in die feste Zustandsform uumlber Die plastische
Zustandsform unterteilt sich weiter in die Bereiche breiig weich und steif Die
Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquoschen Grenzen) sind nach DIN 18122 wie folgt definiert
Flieszliggrenze wL
Wassergehalt am Uumlbergang von der fluumlssigen zur plastische Zustandsform
Sie wird mit dem Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE bestimmt
Ausrollgrenze wp
Wassergehalt am Uumlbergang von der plastischen zur halbfesten Zustandsform
Die Ausrollgrenze wird im Ausrollversuch ermittelt
Schrumpfgrenze ws
Wassergehalt am Uumlbergang von der halbfesten zur festen Zustandsform Die
Berechnung erfolgt nach folgender Gleichung
ds w
d s
V 1w
m
(Gl XV-5)
mit Vd Volumen des trockenen Probekoumlrpers [cmsup3]
md Trockenmasse des Probekoumlrpers [g]
s Korndichte des Bodens [gcmsup3]
w Dichte des Wassers [gcmsup3]
Die Groumlszlige des plastischen Bereiches wird durch die Plastizitaumltszahl IP beschrieben
P L pI w w (Gl XV-6)
Abb XV-1 Konsistenzband
0 ws wP wL 1
fest fluumlssig halbfest steif weich breiig
plastischer Bereich
Ip=wL-wP
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Der Plastizitaumltsgrad eines bindigen Bodens wird nach DIN 18196 anhand seiner
Flieszliggrenze bestimmt
Lw 035 leicht plastisch
L035 w 05 mittelplastisch
Lw 05 ausgepraumlgt plastisch
Nach CASAGRANDE lassen sich bindige Boumlden durch grafisches Auftragen der
Plastizitaumltszahl IP uumlber der Flieszliggrenze wL in das Plastizitaumltsdiagramm klassifizieren siehe
Abb XV-2
Abb XV-2 Plastizitaumltsdiagramm nach CASAGRANDE
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Flieszliggrenze wL []
Pla
stiz
itaumlt
szah
l IP [
]
mittelplastische Tone TM
ausgepraumlgtplastische Tone TA
Tone mit organischenBeimengungen organogene Tone OT und ausgepraumlgt zusammendruumlckbare Schluffe UA
leicht plastische Tone TL
Sand-Ton-Gemische ST
Zwischenbereich
A - Linie IP = 073 (wL - 20)
35
4
7
Schluffe mit organi-
schen Beimen-gungen und organo-
gene Schluffe OUund mittelplasti-
sche Schluffe UMSand-Schluff-Gemische SUleicht plasti-
sche Schluffe UL
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Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt
P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)
Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt
PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)
Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in
Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)
Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur
ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich
P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)
fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil
1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch
Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden
Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den
aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen
Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w
her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC
L LC
L P P
w w w wI
w w I
(Gl XV-10)
Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1
PL C
P
w wI 1 I
I
(Gl XV-11)
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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI
breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05
weich von 05 bis 025 von 05 bis 075
steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)
1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze
Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich
Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so
erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA
PA
T d
II
m m (Gl XV-12)
mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]
md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]
Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons
(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf
Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden
zwischen
AI 075 inaktiver Ton
A075 I 125 normaler Ton
AI 125 aktiver Ton
Erdstoff Mineral wL
[] IA [-]
Schluff (Quarzmehl) - 0
Ton (Kaolinit) 70 04
Ton (Illit) 100 09
Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15
Ton (Na-Montmorillonit) 700 7
Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden
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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE
Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden
Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird
zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem
Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale
gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen
pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die
Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche
zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten
Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von
etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt
Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von
1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den
Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25
Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit
verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber
den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei
logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung
annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der
Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden
15 20 30 4025035
040
045
050
Schlagzahl N
Wasser-gehalt w
Flieszliggrenze wL
Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen
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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem
Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die
Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden
0121
L N
Nw w
25
(Gl XV-13)
mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]
(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)
wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen
zusammenflieszligt [-]
1
2
3
4
5
57
20deg
54
56
12
27
5
60
10
8
5
50
30
60
150
oslash 935
125
2
12345
Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale
Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE
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22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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2 Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquosche Grenzen)
Bei bindigen Boumlden bestimmt der Wassergehalt die Zustandsform (Konsistenz) des
Bodens die fuumlr dessen Tragfaumlhigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist Mit
abnehmendem Wassergehalt geht bindiger Boden von der fluumlssigen in die plastische dann
in die halbfeste und anschlieszligend in die feste Zustandsform uumlber Die plastische
Zustandsform unterteilt sich weiter in die Bereiche breiig weich und steif Die
Zustandsgrenzen (ATTERBERGrsquoschen Grenzen) sind nach DIN 18122 wie folgt definiert
Flieszliggrenze wL
Wassergehalt am Uumlbergang von der fluumlssigen zur plastische Zustandsform
Sie wird mit dem Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE bestimmt
Ausrollgrenze wp
Wassergehalt am Uumlbergang von der plastischen zur halbfesten Zustandsform
Die Ausrollgrenze wird im Ausrollversuch ermittelt
Schrumpfgrenze ws
Wassergehalt am Uumlbergang von der halbfesten zur festen Zustandsform Die
Berechnung erfolgt nach folgender Gleichung
ds w
d s
V 1w
m
(Gl XV-5)
mit Vd Volumen des trockenen Probekoumlrpers [cmsup3]
md Trockenmasse des Probekoumlrpers [g]
s Korndichte des Bodens [gcmsup3]
w Dichte des Wassers [gcmsup3]
Die Groumlszlige des plastischen Bereiches wird durch die Plastizitaumltszahl IP beschrieben
P L pI w w (Gl XV-6)
Abb XV-1 Konsistenzband
0 ws wP wL 1
fest fluumlssig halbfest steif weich breiig
plastischer Bereich
Ip=wL-wP
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Der Plastizitaumltsgrad eines bindigen Bodens wird nach DIN 18196 anhand seiner
Flieszliggrenze bestimmt
Lw 035 leicht plastisch
L035 w 05 mittelplastisch
Lw 05 ausgepraumlgt plastisch
Nach CASAGRANDE lassen sich bindige Boumlden durch grafisches Auftragen der
Plastizitaumltszahl IP uumlber der Flieszliggrenze wL in das Plastizitaumltsdiagramm klassifizieren siehe
Abb XV-2
Abb XV-2 Plastizitaumltsdiagramm nach CASAGRANDE
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Flieszliggrenze wL []
Pla
stiz
itaumlt
szah
l IP [
]
mittelplastische Tone TM
ausgepraumlgtplastische Tone TA
Tone mit organischenBeimengungen organogene Tone OT und ausgepraumlgt zusammendruumlckbare Schluffe UA
leicht plastische Tone TL
Sand-Ton-Gemische ST
Zwischenbereich
A - Linie IP = 073 (wL - 20)
35
4
7
Schluffe mit organi-
schen Beimen-gungen und organo-
gene Schluffe OUund mittelplasti-
sche Schluffe UMSand-Schluff-Gemische SUleicht plasti-
sche Schluffe UL
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Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt
P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)
Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt
PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)
Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in
Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)
Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur
ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich
P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)
fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil
1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch
Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden
Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den
aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen
Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w
her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC
L LC
L P P
w w w wI
w w I
(Gl XV-10)
Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1
PL C
P
w wI 1 I
I
(Gl XV-11)
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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI
breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05
weich von 05 bis 025 von 05 bis 075
steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)
1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze
Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich
Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so
erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA
PA
T d
II
m m (Gl XV-12)
mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]
md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]
Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons
(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf
Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden
zwischen
AI 075 inaktiver Ton
A075 I 125 normaler Ton
AI 125 aktiver Ton
Erdstoff Mineral wL
[] IA [-]
Schluff (Quarzmehl) - 0
Ton (Kaolinit) 70 04
Ton (Illit) 100 09
Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15
Ton (Na-Montmorillonit) 700 7
Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden
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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE
Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden
Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird
zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem
Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale
gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen
pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die
Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche
zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten
Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von
etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt
Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von
1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den
Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25
Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit
verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber
den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei
logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung
annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der
Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden
15 20 30 4025035
040
045
050
Schlagzahl N
Wasser-gehalt w
Flieszliggrenze wL
Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen
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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem
Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die
Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden
0121
L N
Nw w
25
(Gl XV-13)
mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]
(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)
wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen
zusammenflieszligt [-]
1
2
3
4
5
57
20deg
54
56
12
27
5
60
10
8
5
50
30
60
150
oslash 935
125
2
12345
Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale
Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE
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22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Plastizitaumltsgrad eines bindigen Bodens wird nach DIN 18196 anhand seiner
Flieszliggrenze bestimmt
Lw 035 leicht plastisch
L035 w 05 mittelplastisch
Lw 05 ausgepraumlgt plastisch
Nach CASAGRANDE lassen sich bindige Boumlden durch grafisches Auftragen der
Plastizitaumltszahl IP uumlber der Flieszliggrenze wL in das Plastizitaumltsdiagramm klassifizieren siehe
Abb XV-2
Abb XV-2 Plastizitaumltsdiagramm nach CASAGRANDE
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Flieszliggrenze wL []
Pla
stiz
itaumlt
szah
l IP [
]
mittelplastische Tone TM
ausgepraumlgtplastische Tone TA
Tone mit organischenBeimengungen organogene Tone OT und ausgepraumlgt zusammendruumlckbare Schluffe UA
leicht plastische Tone TL
Sand-Ton-Gemische ST
Zwischenbereich
A - Linie IP = 073 (wL - 20)
35
4
7
Schluffe mit organi-
schen Beimen-gungen und organo-
gene Schluffe OUund mittelplasti-
sche Schluffe UMSand-Schluff-Gemische SUleicht plasti-
sche Schluffe UL
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Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt
P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)
Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt
PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)
Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in
Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)
Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur
ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich
P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)
fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil
1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch
Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden
Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den
aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen
Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w
her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC
L LC
L P P
w w w wI
w w I
(Gl XV-10)
Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1
PL C
P
w wI 1 I
I
(Gl XV-11)
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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI
breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05
weich von 05 bis 025 von 05 bis 075
steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)
1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze
Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich
Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so
erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA
PA
T d
II
m m (Gl XV-12)
mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]
md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]
Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons
(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf
Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden
zwischen
AI 075 inaktiver Ton
A075 I 125 normaler Ton
AI 125 aktiver Ton
Erdstoff Mineral wL
[] IA [-]
Schluff (Quarzmehl) - 0
Ton (Kaolinit) 70 04
Ton (Illit) 100 09
Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15
Ton (Na-Montmorillonit) 700 7
Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden
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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE
Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden
Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird
zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem
Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale
gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen
pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die
Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche
zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten
Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von
etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt
Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von
1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den
Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25
Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit
verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber
den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei
logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung
annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der
Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden
15 20 30 4025035
040
045
050
Schlagzahl N
Wasser-gehalt w
Flieszliggrenze wL
Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen
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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem
Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die
Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden
0121
L N
Nw w
25
(Gl XV-13)
mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]
(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)
wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen
zusammenflieszligt [-]
1
2
3
4
5
57
20deg
54
56
12
27
5
60
10
8
5
50
30
60
150
oslash 935
125
2
12345
Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale
Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE
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22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Um Ton handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl oberhalb der folgenden Grenze liegt
P LI 073 w 20 und PI 7 [] (Gl XV-7)
Um Schluff handelt es sich wenn die Plastizitaumltszahl unterhalb der folgenden Grenze liegt
PI 4 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-8)
Durch diese Grenzen und die Plastizitaumltsgrade wird der feinkoumlrnige Boden in
Plastizitaumltsbereiche aufgeteilt (Abb XV-2)
Die Plastizitaumltszahl von Boumlden mit niedriger Flieszliggrenze ist versuchstechnisch nur
ungenau zu ermitteln In den Zwischenbereich
P4 I 7 und P LI 073 w 20 [] (Gl XV-9)
fallende Boumlden muumlssen daher nach anderen Verfahren zB nach DIN EN ISO 14688 Teil
1 Abschnitt 56 bis 59 (Trockenfestigkeitsversuch Schuumlttelversuch Knetversuch
Reibeversuch Schneideversuch) dem Ton- oder Schluffbereich zugeordnet werden
Die Plastizitaumltszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert der noch nichts uumlber den
aktuellen Zustand eines bindigen Bodens aussagt Um die Konsistenz eines bindigen
Bodens zu bestimmen stellt man eine Beziehung von IP zum natuumlrlichen Wassergehalt w
her und ermittelt so die Konsistenzzahl IC
L LC
L P P
w w w wI
w w I
(Gl XV-10)
Die Liquiditaumltszahl IL ist die Ergaumlnzung der Konsistenzzahl zu 1
PL C
P
w wI 1 I
I
(Gl XV-11)
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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI
breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05
weich von 05 bis 025 von 05 bis 075
steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)
1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze
Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich
Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so
erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA
PA
T d
II
m m (Gl XV-12)
mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]
md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]
Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons
(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf
Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden
zwischen
AI 075 inaktiver Ton
A075 I 125 normaler Ton
AI 125 aktiver Ton
Erdstoff Mineral wL
[] IA [-]
Schluff (Quarzmehl) - 0
Ton (Kaolinit) 70 04
Ton (Illit) 100 09
Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15
Ton (Na-Montmorillonit) 700 7
Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden
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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE
Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden
Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird
zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem
Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale
gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen
pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die
Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche
zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten
Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von
etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt
Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von
1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den
Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25
Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit
verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber
den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei
logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung
annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der
Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden
15 20 30 4025035
040
045
050
Schlagzahl N
Wasser-gehalt w
Flieszliggrenze wL
Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen
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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem
Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die
Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden
0121
L N
Nw w
25
(Gl XV-13)
mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]
(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)
wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen
zusammenflieszligt [-]
1
2
3
4
5
57
20deg
54
56
12
27
5
60
10
8
5
50
30
60
150
oslash 935
125
2
12345
Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale
Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE
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22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
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Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
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Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Zustandsform des plastischen Bereichs LI CI
breiig von 10 1) bis 05 von 01) bis 05
weich von 05 bis 025 von 05 bis 075
steif von 025 bis 02) von 075 bis 102)
1) Flieszliggrenze 2) Ausrollgrenze
Tab XV-1 Zustandsformen in Abhaumlngigkeit von IL und IC im plastischen Bereich
Bezieht man die Plastizitaumltszahl IP auf den Tonanteils bis 04 mm Korndurchmesser so
erhaumllt man nach SKEMPTON (1953) die Aktivitaumltszahl IA
PA
T d
II
m m (Gl XV-12)
mit mT Trockenmasse der Koumlrner le 0002 mm in der Probe [g]
md Trockenmasse der Koumlrner le 04 mm in der Probe [g]
Die Aktivitaumltszahl IA ermoumlglicht Ruumlckschluumlsse auf die mineralischen Bestandteile des Tons
(Tab XV-2) und ist ein Maszlig fuumlr die Faumlhigkeit bindiger Boumlden auf
Wassergehaltsaumlnderungen mit Volumenaumlnderungen zu reagieren Es wird unterschieden
zwischen
AI 075 inaktiver Ton
A075 I 125 normaler Ton
AI 125 aktiver Ton
Erdstoff Mineral wL
[] IA [-]
Schluff (Quarzmehl) - 0
Ton (Kaolinit) 70 04
Ton (Illit) 100 09
Ton (Ca-Montmorillonit) 500 15
Ton (Na-Montmorillonit) 700 7
Tab XV-2 Flieszliggrenze und Aktivitaumltszahl feinkoumlrniger Boumlden
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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE
Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden
Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird
zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem
Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale
gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen
pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die
Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche
zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten
Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von
etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt
Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von
1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den
Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25
Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit
verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber
den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei
logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung
annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der
Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden
15 20 30 4025035
040
045
050
Schlagzahl N
Wasser-gehalt w
Flieszliggrenze wL
Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen
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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem
Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die
Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden
0121
L N
Nw w
25
(Gl XV-13)
mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]
(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)
wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen
zusammenflieszligt [-]
1
2
3
4
5
57
20deg
54
56
12
27
5
60
10
8
5
50
30
60
150
oslash 935
125
2
12345
Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale
Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE
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22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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21 Bestimmung der Flieszliggrenze nach CASAGRANDE
Das Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE (Abb XV-4) besteht aus einer runden
Messingschale die an einer waagerechten Achse aufgehaumlngt ist Die Messingschale wird
zu Versuchsbeginn mit 200 bis 300 g eines aufbereiteten Bodens gefuumlllt Mit dem
Furchenzieher wird senkrecht zur Drehachse eine Furche bis auf den Grund der Schale
gezogen Durch Drehen der Handkurbel mit einer Geschwindigkeit von 2 Umdrehungen
pro Sekunde wird die Schale so oft angehoben und wieder fallengelassen bis das durch die
Furche getrennte Material auf einer Laumlnge von 10 mm auf der Schalenflaumlche
zusammengeflossen ist Die Anzahl der hierfuumlr erforderlichen Schlaumlge wird festgehalten
Aus der Umgebung der Stelle an der das Material zusammenflieszligt wird eine Probe von
etwa 5 cmsup3 entnommen und ihr Wassergehalt bestimmt
Der Wassergehalt der Probe bei dem sich die Furche nach 25 Schlaumlgen auf eine Laumlnge von
1 cm schlieszligt wird als Flieszliggrenze bezeichnet Da es sehr zeitaufwendig ist den
Wassergehalt einer Probe so lange zu variieren bis sich die Furche genau nach 25
Schlaumlgen schlieszligt werden bei dem Mehrpunktverfahren mindestens 4 Versuche mit
verschiedenen Wassergehalten durchgefuumlhrt Die ermittelten Wassergehalte werden uumlber
den Schlagzahlen in einem Koordinatensystem aufgetragen Die Schlagzahl ist dabei
logarithmisch aufzutragen so dass die Messpunkte bei sorgfaumlltiger Versuchsdurchfuumlhrung
annaumlhernd auf einer Geraden liegen (Abb XV-3) Mit Hilfe dieser Geraden kann der
Wassergehalt fuumlr die Schlagzahl 25 und somit die Flieszliggrenze wL ermittelt werden
15 20 30 4025035
040
045
050
Schlagzahl N
Wasser-gehalt w
Flieszliggrenze wL
Abb XV-3 Bestimmung der Flieszliggrenze aus 4 Einzelversuchen
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Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem
Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die
Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden
0121
L N
Nw w
25
(Gl XV-13)
mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]
(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)
wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen
zusammenflieszligt [-]
1
2
3
4
5
57
20deg
54
56
12
27
5
60
10
8
5
50
30
60
150
oslash 935
125
2
12345
Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale
Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE
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22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Naumlherungsweise darf die Flieszliggrenze auch mit dem Einpunktverfahren aus einem
Wassergehalt und der zugehoumlrigen Schlagzahl bestimmt werden Nach LAMBE kann die
Flieszliggrenze wie folgt bestimmt werden
0121
L N
Nw w
25
(Gl XV-13)
mit N Anzahl der Schlaumlge bis zum Schlieszligen der Furche [-]
(die Anzahl soll zwischen 20-30 Schlaumlgen liegen)
wN Wassergehalt bei welchem die Furche mit N Schlaumlgen
zusammenflieszligt [-]
1
2
3
4
5
57
20deg
54
56
12
27
5
60
10
8
5
50
30
60
150
oslash 935
125
2
12345
Schale aus Kupfer-Zink-LegierungGummifuumlszligeHakenHartgummiSpirale zum Anheben der Schale
Abb XV-4 Flieszliggrenzengeraumlt nach CASAGRANDE
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22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
22 Bestimmung der Ausrollgrenze
Ein Teil des Bodenmaterials welches bereits fuumlr den CASAGRANDE-Versuch aufbereitet
wurde wird auf einer Feuchtigkeit aufsaugenden Unterlage wie zB einer unbehandelten
Holzplatte zu 3 mm dicken Walzen ausgrollt Anschlieszligend werden die Walzen
zusammengefaltet und erneut ausgerollt Der Vorgang wird so lange wiederholt bis sie bei
3 mm zerbroumlckeln Die zerbrochenen Walzen werden dann zur Bestimmung des
Wassergehaltes in einem luftdichten Uhrglas gesammelt Der mittlere Wassergehalt von
mindestens 3 Proben deren Wassergehalt maximal 2 voneinander abweicht wird als
Ausrollgrenze bezeichnet
3 Korngroumlszligenverteilung
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der
entstandenen Lockermassen durch Wasser- und Luftbewegung entsteht in natuumlrlichen
Boumlden ein Konglomerat von Koumlrnern das man petrografisch durch die Korngroumlszligen d [mm]
klassifiziert Bei der Bestimmung der Korngroumlszlige wird der Durchmesser des Bodenkorns
zugrunde gelegt der fuumlr den Durchgang durch ein Sieb maszliggebend ist auch wenn die
tatsaumlchliche Kornform hiervon abweicht
Koumlrnungslinie
Schlaumlmmkorn Siebkorn
FeinstesSchluffkorn
Fein-
Korndurchmesser d in mm
Linie Nr
Mittel- Grob- Fein-
Sandkorn
Mittel- Grob- Fein-
Kieskorn
Mittel- Grob-Steine
2 3 4 5 6 7 891 198765432 198765432 198765432 98765432
Bodenart
U = d d
Arbeitsweise
105
Ton
Sedimentation
Kies sandig
Siebung
60 10
00020001 0006 002 02 20 20006 063 63 63 100
Masse
na
nte
ilea
der
Koumlrn
er
ltd
in
de
rG
esam
tmenge
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Ton sandig kiesig
(Verwitterungslehm)
Siebung und
Sedimentation
Abb XV-5 Beispiel fuumlr die Darstellung der Korngroumlszligenverteilung
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Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die prozentualen Massenanteile der in einer Bodenprobe vorhandenen Koumlrnungsgruppen
werden in Form einer Korngroumlszligenverteilung (Koumlrnungslinie Sieblinie) grafisch
dargestellt Die Ermittlung der Massenanteile erfolgt bei Grobanteilen (Korngroumlszligen uumlber
0063 mm) durch Siebung bei Feinanteilen (Korngroumlszligen unter 0125 mm) durch
Sedimentation Die Versuchsdurchfuumlhrung erfolgt nach DIN 18123
31 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Siebung
Um eine zutreffende Koumlrnungslinie zu erhalten muss die Probenmenge dem Groumlszligtkorn
angepasst werden (siehe DIN 18123 Tabelle 1)
Besitzt die Probe keine Feinanteile kommt die Trockensiebung zur Anwendung Die
Probe wird bei 105deg getrocknet und mit einer geforderten Genauigkeit von 01 der
Probenmenge gewogen Anschlieszligend wird sie durch einen Siebsatz mit abgestuften
Maschenweiten (0063 0125 025 05 10 20 40 80 160 320 630 mm) geruumlttelt
Unter dem letzten Sieb befindet sich eine Auffangschale Die Ruumlckstaumlnde in den Sieben
und in der Auffangschale werden gewogen und daraus die Koumlrnungslinie berechnet Die
Ordinaten der Koumlrnungskurve ergeben sich aus Gl XV-14
ii
ii 1 o
mS 100 1
m
(Gl XV-14)
mit Si Siebdurchgang [Gew-]
mi Masse der Siebruumlckstaumlnde [g]
mo Gesamtmasse der Probenmenge [g]
Der Massenunterschied zwischen der Einwaage und der Summe der Ruumlckstaumlnde soll nicht
mehr als 1 der Einwaage betragen
Weist die Probe auch Feinanteile auf fuumlhrt man die Siebung nach nassem Abtrennen der
Feinteile (Nasssiebung) durch Dazu weicht man die Probe in Wasser ein und gieszligt die
Schlaumlmme zur Trennung durch ein 0063 mm oder ein 0125 mm Sieb Zur Bestimmung
der Korngroumlszligenanteile werden die Ruumlckstaumlnde wie oben beschrieben gesiebt die
Groumlszligenverteilung der ausgeschwemmten Feinanteile wird per Sedimentation bestimmt
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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32 Bestimmung der Korngroumlszligenverteilung durch Sedimentation
Bei der Sedimentation werden die Korngroumlszligen (d lt 0125 mm) aufgrund ihrer
unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit in einer Fluumlssigkeit bestimmt Nach STOKES gilt
fuumlr den Zusammenhang zwischen der Korngroumlszlige d und der Sinkgeschwindigkeit v
s w
1835d v mm
(Gl XV-15)
mit Dynamische Viskositaumlt der Fluumlssigkeit [Nmiddotsm]
v Sinkgeschwindigkeit [cms]
Die Koumlrner werden dabei als Kugeln idealisiert Bei Anwendung von Gl XV-15 fuumlr
natuumlrliche Bodenkoumlrner werden deshalb nur gleichwertige Korndurchmesser ermittelt
145
5050
6030
5
1030
1000
0995
[gcmsup3]
Bleischrot
Abb XV-6 Araumlometer
Zunaumlchst wird eine Suspension aus der Bodenprobe hergestellt und in einen Zylinder
eingefuumlllt Durch die unterschiedlich schnell absinkenden Bodenkoumlrner im Wasser aumlndert
sich die Verteilung der Dichte der Suspension uumlber die Houmlhe des Standglases mit der Zeit
Uumlber die Eintauchtiefe des Araumlometers in die Suspension laumlsst sich in adaumlquaten
Zeitabstaumlnden die Veraumlnderung der Dichte bestimmen Auf Grundlage des STOKESrsquoschen
Gesetzes koumlnnen anschlieszligend die Massenanteile der Korngroumlszligen nach Abb XV-7
berechnet werden
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Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-11
XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-7 Nomogramm zur Auswertung der Sedimentation nach dem Gesetz von Stokes
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
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[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
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Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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33 Kornkennzahl
Zur Darstellung der Zahlenwerte der Massenanteile von einzelnen Kornfraktionen eignet
sich die Kornkennzahl Sie gibt die Massenanteile fuumlr Ton Schluff Sand und Kies in einer
kompakten Darstellung wieder ClSiSaGr (DIN EN ISO 14588-1) bzw TUSG (DIN
4022) Fuumlr den in Abb XV-8 dargestellten Fall lautet die Kornkennzahl 05295214
Abb XV-8 Beispiel fuumlr eine Sieblinie
34 Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu und Kruumlmmungszahl Cc
Die Ungleichfoumlrmigkeitszahl Cu ist ein Maszlig fuumlr die Steilheit der Koumlrnungslinie im Bereich
d10 bis d60
60u
10
dC
d (Gl XV-16)
Die Kruumlmmungszahl Cc gibt den Verlauf der Koumlrnungslinie im Bereich d10 bis d60 an
30c
10 60
(d )sup2C
d d
(Gl XV-17)
Hierbei entsprechen d10 d30 und d60 den Korngroumlszligen die den Ordinaten 10 30 bzw 60
Massenanteil der Koumlrnungslinie entsprechen
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Benennung Kurzzeichen Cu Cc
eng gestuft E 6 beliebig
weit gestuft W 6 1 bis 3
intermittierend gestuft
I 6 lt1 oder gt3
Tab XV-3 Unterteilung von Boumlden in Abhaumlngigkeit von Cu und Cc
Abb XV-9 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines enggestuften Bodens (Wattsand)
Abb XV-10 Beispiel fuumlr die Bandbreite eines weitgestuften Bodens (Geschiebemergel)
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4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
4 Dichte des Bodens
Die Dichte des Bodens ist das Verhaumlltnis der Masse des feuchten Bodens mf zum
Volumen des Bodens einschlieszliglich der mit Fluumlssigkeit und Gas gefuumlllten Poren V
fmg cmsup3
V (Gl XV-18)
Zur Bestimmung der Dichte des Bodens im Feldversuch wird das Volumen einer Probe bei
oberflaumlchennaher Probenentnahme entweder direkt am Entnahmegeraumlt (zB
Ausstechzylinder) gemessen oder der bei der Probenentnahme entstandene Hohlraum wird
durch einen Ersatzstoff gefuumlllt und das dabei benoumltigte Ersatzstoffvolumen gemessen Die
eingesetzten Ersatzstoffverfahren unterscheiden sich vornehmlich in den Materialen mit
denen der Hohlraum ausgefuumlllt wird Die Eignung der einzelnen Verfahren ist von der
Bodenart abhaumlngig
Tab XV-4 Eignung der Verfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhaumlngigkeit von der
Bodenart nach DIN 18125
Bodenart Verfahren
gut geeignet ungeeignet
bindiger Boden ohne Grobkorn alle Verfahren keine
mit Grobkorn alle Ersatzverfahren Ausstechzylinder- Verfahren
nichtbindiger Boden
Fein- bis Mittelsande Ausstechzylinder-Verfahren und Ersatzverfahren
keine
Kies-Sand-Gemisch Ballon- Fluumlssigkeitsersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder- Verfahren
sandarmer Kies Ballon- Wasserersatz- Gipsersatz-Verfahren
Ausstechzylinder-Sandersatz- Bentonit- Kleisterersatz-Verfahren
Steine und Bloumlcke
mit geringen Beimengen
Schuumlrfgruben-Verfahren alle anderen Verfahren
Anm Die Anwendbarkeit der Verfahren bei weichen bindigen Boumlden und bei locker gelagerten nichbindigen Boumlden kann in Frage gestellt werden
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5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
5 Korndichte
Die Korndichte s ist die auf das Kornvolumen einschlieszliglich etwaig eingeschlossener
Hohlraumlume Vk bezogene Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens md
ds
k
mg cmsup3
V (Gl XV-19)
Die Korndichte wird im Labor mit Hilfe eines des Pyknometers (Abb XV-11) bestimmt
Je nach Korngroumlszlige der Probe stehen verschiedene Varianten (Kapillar- Weithals- und
groszliges Pyknometer) zur Verfuumlgung Mit diesen Glasgefaumlszligen wird das Kornvolumen Vk
ermittelt Hierzu wird zunaumlchst das Gewicht des trockenen leeren Gefaumlszliges (mp) und des
mit destilliertem Wasser gefuumlllten Gefaumlszliges (mp + mwT) ermittelt Das Volumen des
Pyknometers ergibt sich zu
wTpT
wT
mV cmsup3
(Gl XV-20)
mit VpT Volumen des Kapillarpyknometers bei der Temperatur T [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Die in diese Gleichung eingehende Dichte ρwT des Wassers kann in Abhaumlngigkeit von der
Temperatur aus Tabelle 1 der DIN 18124 entnommen werden Anschlieszligend wird die
getrocknete zerkleinerte Bodenprobe der Masse md in das Pyknometer gegeben und das
Restvolumen mit destilliertem Wasser aufgefuumlllt Lufteinschluumlsse muumlssen mit einer
Vakuumpumpe beseitigt werden Das mit Wasser und der Probe gefuumlllte Pyknometer wird
anschlieszligend gewogen und das Volumen des Wassers berechnet
2 p d wTm m m m (Gl XV-21)
mit m2 Masse des mit Wasser gefuumlllten Kapillarpyknometers [g]
mp Masse des Kapillarpyknometers [g]
md Trockenmasse der Koumlrner [g]
mwT Masse des Wassers [g]
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
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Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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2 p dwTwT
wT wT
m m mmV
(Gl XV-22)
mit VwT Volumen des Wassers [cmsup3]
mwT Masse des Wassers [g]
wT Dichte des Wassers bei der Temperatur T [gcmsup3]
Das Kornvolumen ergibt sich aus der Differenz des Pyknometervolumens VpT und des
Wassersvolumens VwT
k pT wTV V V cmsup3 (Gl XV-23)
Die Korndichte ergibt sich nach Gl XV-19 aus dem Verhaumlltnis der Trockenmasse der
Probe und dem Kornvolumen
Da die Dichte des Wassers von der Temperatur abhaumlngt muss diese waumlhrend der gesamten
Versuchsdurchfuumlhrung moumlglichst konstant gehalten werden
Abb XV-11 Pyknometer
6 Dichte bei lockerster und dichtester Lagerung
Beim Versuch zur Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 wird
der getrocknete Boden so locker wie moumlglich in einen Versuchszylinder eingefuumlllt Zum
Einfuumlllen verwendet man hierzu einen Trichter (Abb XV-12) Flieszligt der Boden nicht
durch den Schaft des Trichters wird er mittels einer Kelle oder Handschaufel in einen
etwas groumlszligeren Versuchszylinder eingebracht Anschlieszligend bestimmt man die
Trockendichte Der Versuch ist fuumlnfmal zu wiederholen Die lockerste Lagerungsdichte
min ρd ist das arithmetische Mittel aus den Ergebnissen der Einzelversuche
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Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Bestimmung der Dichte bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 wird das Material
aus dem letzten Versuch fuumlr die Bestimmung der Dichte bei lockerster Lagerung
verwendet Ein Fuumlnftel der Probenmasse wird in einen Versuchszylinder gefuumlllt mit
Wasser aufgegossen und durch 30 Doppelschlaumlge mit einer Schlaggabel verdichtet (Abb
XV-13) Anschlieszligend wird das naumlchste Fuumlnftel eingebracht und das Verfahren so lange
wiederholt bis die gesamte Probenmasse im Versuchszylinder eingeruumlttelt ist
1
2
3
4
5
6
1 Handwinde2 Grundplatte3 Spannbacke4 Versuchzylinder
5 Halterung6 Trichter
Abb XV-12 Trichter zur Bestimmung der lockersten Lagerung
Nach dem Einbringen der letzten Lage wird das Wasser abgesaugt eine Kopfplatte
aufgelegt und uumlber den Abstand zwischen Oberkante Kopfplatte und Oberkante
Versuchszylinder das Volumen der eingebauten Probe bestimmt Aus dem Verhaumlltnis der
Trockenmasse md des eingebauten Materials zum Probenvolumen V ergibt sich die
dichteste Lagerung max d
Abb XV-13 Versuchszylinder mit Schlaggabel
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7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
7 Proctorversuch
Bei bindigen Boumlden ist die Verdichtungsfaumlhigkeit sehr stark vom Wassergehalt des Bodens
abhaumlngig Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichten
Lagerungsdichte bzw Verdichtung dient die Proctordichte Pr Sie wird in einem
genormten Verdichtungsversuch dem Proctorversuch nach DIN 18127 zusammen mit
dem fuumlr die Verdichtung optimalen Wassergehalt ermittelt
Aufsatzring
Versuchszylinder
Grundplatte
d1
a
h1
s1
Abb XV-14 Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte
Abb XV-15 Handbetaumltigtes Verdichtungsgeraumlt
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Maszlige des Versuchszylinders nach Abb XV-14
Maszlige und Fallgewicht des Verdichtungsgeraumltes nach Abb XV-15
Versuchsbedingungen
d1
[mm] h1
[mm] A
[mm] s1
[mm] Form d2
[mm] h2
1)
[mm] Fallgewicht m1)
[kg] Anzahl der
Schlaumlge je Schicht
Anzahl der Schichten
100 120 75 11 A 50 300 25 25 3
150 125 90 14 B 75 450 45 22 3
250 200 140 20 C 125 600 150 22 3 1)Grenzabweichung 0004h2 bzw 0004m
Tab XV-5 Versuchsbedingungen bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs
Bei der Durchfuumlhrung des Proctorversuchs wird die Bodenprobe lagenweise in einen
Versuchszylinder eingebaut und durch ein Fallgewicht mit vorgegebener
Verdichtungsarbeit (W 06 MNmmsup3) verdichtet Der Versuch besteht aus mindestens
fuumlnf Einzelversuchen die sich im Wassergehalt der untersuchten Bodenprobe
unterscheiden Die Ergebnispaare aus Wassergehalt und im Versuch erreichter
Trockendichte werden grafisch in Form einer Proctorkurve aufgetragen (siehe Abb
XV-16)
Die mit dem Proctorversuch maximal erreichbare Trockendichte entspricht der
Proctordichte Pr der zugehoumlrige Wassergehalt entspricht dem optimalen
WassergehaltwPr
Trockendichte
[tmsup3]d
Wassergehalt w [-]
Pr
wPr
Abb XV-16 Proctorkurve
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Im Proctordiagramm wird in der Regel zudem eine Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung
(Sr = 1) dargestellt (Abb XV-17) Die Saumlttigungslinie ist von der Korndichte s der Probe
abhaumlngig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte d und dem
Wassergehalt w in Abhaumlngigkeit von der Saumlttigung Sr
sd
s
w r
g cmsup3w
1+S
(Gl XV-24)
Trockendichten oberhalb der Saumlttigungskurve mit Sr = 1 sind nicht moumlglich Der
waagerechte Abstand der Saumlttigungskurve fuumlr 100 Saumlttigung von der Proctorkurve ist
ein Maszlig fuumlr den jeweiligen Anteil der mit Luft gefuumlllten Poren na an dem gesamten
Volumen der Probe
a sd
s
w
(1 n )g cmsup3
w1
(Gl XV-25)
a ds w
1 wn 1
(Gl XV-26)
Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmaumlszligig durch den Verdichtungsgrad
dPr
Pr
ρD g cmsup3
ρ (Gl XV-27)
ausgedruumlckt
Bei geplantem Einsatz sehr schwerer Verdichtungsgeraumlte ist es sinnvoll den fuumlr den
Einbau optimalen Wassergehalt in einem verbesserten Proctorversuch mit erhoumlhter
Verdichtungsenergie zu ermitteln Bei der Bestimmung der verbesserten Proctordichte
modPr auch modifizierte Proctordichte genannt betraumlgt die volumenbezogene
Verdichtungsarbeit W 27 MNmmsup3 Abb XV-18 zeigt den Einfluss der Verdichtungs-
energie auf die maximal im Versuch erreichbare Trockendichte Aufgrund der Erhoumlhung
der aufgebrachten Energie lassen sich im modifizierten Proctorversuch auch Dichten uumlber
100 der einfachen Proctordichte erreichen Die modifizierte Proctordichte liegt idR
etwa 5 bis 10 uumlber der einfachen Proctordichte
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0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
0 005 010 015 020 025 030125
150
175
200
225
250
S = 10r
S = 09r
S = 08r
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Abb XV-17 Proctor-Kurve mit Saumlttigungslinien
010 015 020 025 030
150
125
175
200
225
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
Pr
mod Pr
mod wPR wPR
einfacher Proctor-Versuch
verbesserter Proctor-Versuch
Abb XV-18 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Verdichtungsenergie
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Abb XV-19 Abhaumlngigkeit der Proctor-Kurven von der Bodenart
8 Organische Beimengungen in Boumlden
Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird uumlber die Bestimmung des
Massenverlustes durch Gluumlhen des Bodens bei 550deg im Muffenofen nach DIN 18128
bestimmt
Der Gluumlhverlust Vgl eines Bodens ist der auf die Trockenmasse md bezogene Massenverlust
mgl den ein Boden beim Gluumlhen erleidet
gl d glgl
d d
m m mV
m m
(Gl XV-28)
mit md Trockenmasse des Bodens vor dem Gluumlhen
mg Masse des Bodens nach dem Gluumlhen
Benennung nach DIN 4022
Sand und Kies Humusgehalt
Massenanteil in
Ton und Schluff Humusgehalt
Massenanteil in
schwach humos 1 bis 3 2 bis 5 humos 3 bis 5 5 bis 10 stark humos uumlber 5 uumlber 10
Tab XV-6 Humusgehalte bei Boumlden
0 005 010 015 020 025 030150
160
170
180
190
200
210
220
weitgestufterschwach toniger Sand
magerer Ton
enggestufterSand
anorganischernicht plastischerSchluff
hochplastischerTon
Wassergehalt w [-]
Trockendichte d [tmsup3]
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9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
9 Kalkgehalt
91 Kalkgehaltsbestimmung im Laborversuch
Der Kalkgehalt eines Bodens ist der Massenanteil an Gesamtkarbonaten mCa bezogen auf
die Trockenmasse md des Bodens
CaCa
d
mV
m (Gl XV-29)
Die Bestimmung des Karbonatanteils des Bodens erfolgt auf Grundlage der Reaktion von
Carbonat und Salzsaumlure
3 2 2 2CaCO + 2 HCl = CaCl + H O + CO (Gl XV-30)
Das Volumen des bei dieser Reaktion frei werdenden Kohlendioxids wird bei der
gasometrischen Kohlendioxidbestimmung nach DIN 18129 mit einem Gasometer
(Abb XV-20) bestimmt
4
3
2
1
5
6
7 89101112
13
14
15
16
1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphaumlrischer Druck5 Messskale6 Messzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsaumlure9 Bodenprobe10 Gasentwicklungsgefaumlszlig11 Aufnahmegefaumlszlig12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14 15 16 Absperrhaumlhne
VG
H O2 CO2
Abb XV-20 Gasometer schematische Versuchsanordnung
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Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Das Gasometer besteht im Wesentlichen aus einem geschlungenen Messzylinder einem
Gasentwicklungsgefaumlszlig in dem die getrocknete und pulverisierte Bodenprobe mit Salzsaumlure
versetzt wird und einem Aufnahmegefaumlszlig fuumlr das CO2-Gas Eine Gummiblase im
Aufnahmegefaumlszlig verhindert den direkten Kontakt des CO2-Gases mit dem Wasser im
Messzylinder da sich das CO2-Gas sonst im Wasser loumlsen koumlnnte Die zum CO2-Gas
aumlquivalente Luftmenge wird aus dem Aufnahmegefaumlszlig verdraumlngt und kann an der Skale des
Messzylinders gemessen werden
Die Masse des vorhandenen Karbonatanteils mCa ergibt sich aus der Gleichung
Ca o am V M g (Gl XV-31)
mit a Dichte des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [gcmsup3]
(Normzustand)
a = 0001977 gcmsup3
M Verhaumlltniszahl der molaren Massen von CaCO3 und CO2 [-]
M = 2274
Vo Volumen des CO2-Gases bei pn = 100 kPa und Tn = 0degC [cmsup3]
abs ao
n
p VV cmsup3
p (273 T)
(Gl XV-32)
mit pabs absoluter Luftdruck an der Versuchstelle [hPa]
Va abgelesenes Gasvolumen [cmsup3]
T Temperatur [degC]
Ausdehnungskoeffizient fuumlr CO2 [K-1]
11K
2684
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92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
92 Naumlherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes im Feldversuch
Die uumlberschlaumlgige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolgt nach DIN EN ISO 14688 Teil 1
durch Auftropfen verduumlnnter Salzsaumlure auf eine Bodenprobe In Abhaumlngigkeit der Staumlrke
der chemischen Reaktion unterscheidet man
kalkfrei es gibt kein Aufbrausen
kalkhaltig es gibt schwaches bis deutliches nicht anhaltendes Brausen
stark kalkhaltig es gibt starkes lang andauerndes Aufbrausen
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10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
10 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts
101 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Labor
Die Durchlaumlssigkeit eines Bodens kann mit Hilfe eines Durchlaumlssigkeitsversuchs bestimmt
werden Es gibt sowohl einen Versuch mit konstantem als auch einen Versuch mit
veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle
Wasserzulauf
Uumlberlauf
Uumlberlauf
Q
Zylinder = 20 cm
Filter
Bodenprobe
130 m
150 m
050 m
Abb XV-21 Durchlaumlssigkeitsversuch mit konstantem hydraulischem Gefaumllle (schematisch)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Die Durchlaumlssigkeit ergibt sich fuumlr den Versuch mit konstantem Gefaumllle aus der Beziehung
v Q lk m s
i A h
(Gl XV-33)
mit Q Durchfluss [kNmsup3]
l Flieszligweg [m]
h Potentialunterschied [m]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
Abb XV-22 Durchlaumlssigkeitsversuch im Versuchszylinder mit Standrohren und
konstantem hydraulischem Gefaumllle
Fuumlr den Versuch mit veraumlnderlichem hydraulischem Gefaumllle lautet die Beziehung
0 1
2
a l hk ln m s
A t h
(Gl XV-34)
mit l0 Flieszligweg [m]
a Querschnittsflaumlche des Standrohrs [msup2]
A Querschnittsflaumlche der Probe [msup2]
t Messzeitspanne [s]
h1 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsbeginn [m]
h2 Wasserhoumlhe im Standrohr bei Versuchsende [m]
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102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-28
XV Labor- und Feldversuche 17092013
102 Bestimmung des Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts im Feld
1021 Stationaumlrer Pumpversuch
Zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts wird an einem Entnahmebrunnen so lange
eine konstante Wassermenge abgepumpt bis sich der Wasserspiegel am Entnahmebrunnen
und an den Beobachtungspegeln nicht mehr veraumlndert also ein Beharrungszustand
(stationaumlrer Zustand) erreicht ist
Abb XV-23 Pumpversuch mit zwei Beobachtungspegeln
Durch Umformen der Gl XIII-7 fuumlr freies Grundwasser ergibt sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert wie folgt
2
12 2
2 1
rln
rQk m s
H H
(Gl XV-35)
Aufgrund der in Brunnennaumlhe nicht zutreffenden Vereinfachungen und Naumlherungen die
dieser Gleichung zugrunde liegen (siehe Kapitel XIII2) darf der Wasserstand im Brunnen
(r = r0) nicht zur Ermittlung des Durchlaumlssigkeitsbeiwerts herangezogen werden Fuumlr eine
zuverlaumlssige Auswertung eines Pumpversuchs sollten die Beobachtungspegel einen
Abstand r gt 15 middot HR zum Brunnen haben
0
o
1
2
os
H
r = Brunnenradius
r
r
ss
HH H
HQ = const
1 2 R
21
Pegel 1 2
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Bei der Durchfuumlhrung des Pumpversuchs bei gespanntem Grundwasser errechnet sich der
Durchlaumlssigkeitsbeiwert durch Umformen der Gl XIII-11 wie folgt
2
1
2 1
rln
rQk m s
2 m H H
(Gl XV-36)
1022 Instationaumlrer Pumpversuch
Die Auswertung der instationaumlren Phase eines Pumpversuchs hat den Vorteil dass die
Versuchsdauer erheblich verkuumlrzt werden kann da kein stationaumlrer Zustand erreicht
werden muss
COOPER und JACOB haben ein Verfahren zur Auswertung von Grundwassermessungen
im instationaumlren Zustand entwickelt das Geradlinienverfahren Voraussetzung fuumlr die
Anwendung dieses Verfahrens ist
die Guumlltigkeit der DUPUIT-Annahmen
die Absenkung der freien Oberflaumlche ist klein im Verhaumlltnis zur Dicke des
Grundwasserleiters (sHR lt 025)
der Brunnenradius ist vernachlaumlssigbar klein
der Wasserstand wird in uumlber die gesamte Houmlhe des Grundwasserleiters
geschlitzten Pegeln gemessen
es gilt das Verhaumlltnis 2r S
0024 T t
Die Absenkung ergibt sich in der instationaumlren Phase zu
2
23 Q 225 T ts lg m
4 T r S
(Gl XV-37)
mit r Abstand der Beobachtungspegel vom Brunnen [m]
S Speicherkoeffizient (auch entwaumlsserbares Porenvolumen ns) [-]
t Zeit seit Versuchbeginn [s]
Q Entnahmewassermenge [msup3s]
T Transmissivitaumlt T = k middot HR [msup2s]
HR Grundwassermaumlchtigkeit [m]
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Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Die in den Beobachtungspegeln gemessenen Wasserstaumlnde werden in Abhaumlngigkeit von
der Zeit in einem halblogarithmischen Maszligstab aufgetragen Die Verteilung der Messwerte
wird durch eine Ausgleichsgerade erfasst
000
020
040
060
080
100
120
140
160
180
200
220
001 01 1 10 100
Pegel 1
Pegel 2
Pegel 3
Ab
se
nk
un
gs
[m]
[smsup2]t
rsup2 0
__( ) t
rsup2__
s
logarithmischert
rsup2
__Zyklus von
Abb XV-24 Auswertung eines Pumpversuchs nach COOPER und JACOB
Fuumlr einen logarithmischen Zyklus laumlsst sich die Transmissivitaumlt wie folgt berechnen
223 QT m s
4 s
(Gl XV-38)
mit T Transmissivitaumlt [msup2s]
s Absenkungsdifferenz in einem logarithmischen Zyklus [m]
Der Durchlaumlssigkeitsbeiwert ergibt sich damit zu
R
Tk m s
H (Gl XV-39)
Uumlber den Achsabschnitt 2
0
t
r
kann der Speicherkoeffizient wie folgt ermittelt werden
20
tS 2 25 T
r
(Gl XV-40)
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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11 Wasseraufnahmevermoumlgen
Als Wasseraufnahmevermoumlgen wA bezeichnet man die Eigenschaften des getrockneten
Bodens kapillar Wasser anzusaugen und zu halten Es ist abhaumlngig von der Plastizitaumlt
eines Bodens bzw der Art der Tonminerale (Abb XV-25) Die Angabe der angesaugten
Wassermenge wird auf die Trockenmasse bezogen
wgA
d
mw 100
m (Gl XV-41)
mit wA Wasseraufnahmevermoumlgen [Gew-]
mwg Grenzwert der im Laufe der Zeit aufgesaugten Wassermasse [g]
md Trockenmasse der Bodenprobe [g]
Die Bestimmung des Wasseraufnahmevermoumlgens wird nach einem in DIN 18132
festgelegten Verfahren nach ENSLIN NEFF durchgefuumlhrt (Abb XV-26)
Na-Bentonit
Ca-Bentonit
KaolinQuarzmehl
Zeit t [min]
Wassera
ufn
ahm
e[
]w
A
Abb XV-25 Abhaumlngigkeit der Wasseraufnahmefaumlhigkeit vom Tongehalt und der Art der
Tonminerale
Vor dem Versuch wird das Geraumlt bis zur Filterplatte mit Wasser gefuumlllt die durch ihre
Kapillarkraft den Wasserspiegel 50 mm uumlber der Messkapillare haumllt 10 g (bei Boumlden mit wA gt 100 02 g) des getrockneten und pulverisierten Bodens werden auf die Filterplatte
kegelfoumlrmig aufgeschuumlttet und die von der Bodenprobe aufgesaugte Wassermenge wird an
der Messkapillare bis zur Beharrung (meist lt 15 Minuten) beobachtet (Abb XV-27)
Je houmlher das Wasseraufnahmevermoumlgen wA und die Zeit zur Beharrung sind umso aktiver
sind die Feinbestandteile des Bodens
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Bodenprobe
Filterscheibe
50 mm Messkapillare
Abb XV-26 Geraumlt zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermoumlgens nach ENSLIN NEFF
Zeit t [min]
Wa
sse
rau
fna
hm
e[
]w
A
tmax
wA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
20
40
60
80
100
120
140
Wasseraufnahmefaumlhigkeit
Abb XV-27 Ermittlung der Wasseraufnahmefaumlhigkeit
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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12 Plattendruckversuch
Zweck des Plattendruckversuchs ist die Ermittlung von Drucksetzungslinien anhand derer
die Verformbarkeit und die Tragfaumlhigkeit des Bodens beurteilt werden kann Aus den
Drucksetzungslinien koumlnnen der Verformungsmodul EV und der Bettungsmodul ks
ermittelt werden
Der Verformungsmodul EV ist eine Kenngroumlszlige fuumlr die Verformbarkeit des Bodens Er wird
durch die Drucksetzungslinie der Erst- oder Wiederbelastung aus der Neigung der Sekante
zwischen den Punkten 03 middot max und 07 middot max definiert
Der Bettungsmodul ks ist eine Kenngroumlszlige zur Beschreibung der Nachgiebigkeit der
Bodenoberflaumlche unter einer Flaumlchenlast Hierbei ist allerdings zu beachten dass der
Bettungsmodul von der Geometrie der Lasteinleitungsflaumlche abhaumlngig ist und der im
Rahmen des Plattendruckversuchs ermittelte Bettungsmodul daher nicht zur
Fundamentbemessung genutzt werden kann
Beim Plattendruckversuch nach DIN 18134 wird der Boden durch eine kreisfoumlrmige
Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet Die
mittlere Normalspannung 0unter der Platte und die zugehoumlrige Setzung s der einzelnen
Laststufen werden in einem Diagramm als Drucksetzungslinie dargestellt
Fuumlr die Durchfuumlhrung des Versuches werden benoumltigt
Belastungswiderlager (Gegengewicht)
Plattendruckgeraumlt bestehend aus Lastplatte einstellbarer Dosenlibelle (30`-
Libelle) Belastungseinrichtung Hydraulikpumpe Hydraulikzylinder und
Hochdruckschlauch
Einrichtung fuumlr die Kraftmessung und die Messung der Setzung der
Lastplatte senkrecht zur belasteten Oberflaumlche
Rechner fuumlr die Berechnung der Verformungsmodule
Die nutzbare Last des Widerlagers muss um mindestens 10 kN groumlszliger sein als die fuumlr den
Versuch angesetzte houmlchste Pruumlflast Als Belastungswiderlager eignen sich zB ein
beladener LKW eine Walze oder ein entsprechend festes Widerlager
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Abb XV-28 Durchfuumlhrung eines Plattendruckversuches
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-35
XV Labor- und Feldversuche 17092013
le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-36
XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-38
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-39
XV Labor- und Feldversuche 17092013
c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
le030 m
5
43
271
hM hP
a) Nach dem Prinzip des Waumlgebalkens drehbarer Tastarm Setzungsmessung unterBeruumlcksichtigung des Hebelverhaumlltnisses h hP M
7 2 1 6
5
4
b) Im Linearlager axial verschiebbarer Tastarm Setzungsmessung im Hebelverhaumlltnis 11
1 Meszliguhr bzw Wegaufnehmer2 Traggestell3 Drehpunkt4 Tastarm5 Lasts s Setzung an der Messuhr bzw am Wegaufnehmer
a AbstandM
6 Linearlager7 Auflager8 Tastvorrichtung9 Aufstandflaumlche
le160 m
le150 m
ge 075 (110 130)a
sM
7
2
9
le160 m
le150 m
8
7
7s
8
7
Abb XV-29 Beispiele fuumlr Setzungsmesseinrichtungen mit Tastvorrichtung
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Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-40
XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-45
XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Hydraulikzylinder wird mittig auf die Lastplatte und rechtwinklig zu dieser unter das
Belastungswiderlager gestellt und gegen Umkippen gesichert Der lichte Abstand zwischen
Lastplatte und Aufstandsflaumlche des Belastungswiderlagers muss mindestens 075 m bei
einer Lastplatte von 300 mm Durchmesser mindestens 110 m bei einer Lastplatte von 600
mm Durchmesser und mindestens 130 m bei einer Lastplatte von 762 mm Durchmesser
betragen Das Belastungswiderlager ist gegen Verschiebung quer zur Lastrichtung zu
sichern
Zur Ermittlung des Verformungsmoduls EV wird die Belastung bei mindestens sechs
Laststufen mit gleich groszligen Lastintervallen bis zum Erreichen der vorgewaumlhlten
Maximalspannung aufzubringen Die Lastaumlnderung von Laststufe zu Laststufe muss
innerhalb einer Minute abgeschlossen sein Anschlieszligend wird die Last in drei Schritten
(50 25 ca 2 der Houmlchstlast) reduziert Nach der Entlastung ist ein weiterer
Belastungszyklus durchzufuumlhren jedoch nur bis zur vorletzten Stufe des
Erstbelastungszyklus
Der Berechnung des Verformungsmoduls aus der Erst- und der Zweitbelastung werden
ausgeglichene Drucksetzungslinien der Belastungsaumlste zugrunde gelegt Sie sind durch ein
Polynom 2 Grades zu beschreiben wobei die Konstanten a0 a1 und a2 durch Anpassung
an die Messwerte zu bestimmen sind
20 1 0 2 0s a a a mm (Gl XV-42)
mit s Setzung der Lastplatte [mm]
0 mittlere Normalspannung unter der Lastplatte [MNmsup2]
a0 Konstante [mm]
a1 Konstante [mm(MNm2)]
a2 Konstante [mm(MN2m4)]
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-37
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Der Verformungsmodul berechnet sich zu
V1 2 0max
1E 15 r MN msup2
a a
(Gl XV-43)
mit EV Verformungsmodul [MNmsup2]
r Radius der Lastplatte [mm]
0max maximale mittlere Normalspannung [MNmsup2]
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13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-42
XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-45
XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-38
XV Labor- und Feldversuche 17092013
13 Bestimmung der Scherfestigkeit
131 Rahmenscherversuch
Beim Rahmenscherversuch wird eine Bodenprobe unter einer senkrecht zur Scherfuge
wirkenden konstanten Normalspannung abgeschert Das hierfuumlr verwendete Versuchsgeraumlt
besteht aus zwei uumlbereinander liegenden starren Rahmen von quadratischem oder
kreisfoumlrmigem Grundriss mit mindestens 60 mm Innenabmessung Bindige Boumlden koumlnnen
weitestgehend ungestoumlrt zu Probekoumlrpern zugeschnitten oder aufbereitet rollige Boumlden mit
vorgegebener Dichte in den Versuchsrahmen eingebaut werden Vor dem Abscheren ist
die Probe zunaumlchst zu konsolidieren Im konsolidierten Zustand soll die Mitte des
houmlchstens 20 mm hohen Probekoumlrpers in Houmlhe der Rahmenfuge liegen Bei der
Versuchsdurchfuumlhrung wird ein Rahmenteil mit konstanter Geschwindigkeit
(weggesteuert) verschoben so dass sich eine Scherfuge in der Bodenprobe ausbildet und
die Probe schlieszliglich bricht Zur Ermittlung der Scherparameter Reibungswinkel und
Kohaumlsion c ist der Versuch mit unterschiedlichen Normalspannungen zu wiederholen und
die jeweiligen maximalen Schubspannungen f festzuhalten Traumlgt man die jeweiligen
Spannungspaare (f) in einem --Diagramm auf so laumlsst sich der Reibungswinkel
als Neigungswinkel der Ausgleichgeraden im --Diagramm und die Kohaumlsion c als
Ordinatenabschnitt auf der -Achse bestimmen Die Gerade ist durch folgende
Grenzbedingung definiert
f c tan (Gl XV-44)
ScherkraftFS
F
Festhalte-kraft
Bewegungs-richtung
erzwungeneScherflaumlche
Bodenprobe
Filterstein
Abb XV-30 Rahmenschergeraumlt
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c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-47
XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-39
XV Labor- und Feldversuche 17092013
c
[ kNm ]2
[ kNm ]2 [ kNm ]
2
1 32
Versuch 3
Versuch 2
Versuch 1
f
f
f
f
f
f
Scherweg l [mm]
Abb XV-31 Ermittlung der Scherparameter und c aus drei Rahmenscherversuchen mit
unterschiedlichen Normalspannungen
132 Einaxialer Druckversuch
Zweck des einaxialen Druckversuchs ist die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit qu
sowie des dazugehoumlrigen Moduls der einaxialen Druckfestigkeit Eu bei unbehinderter
Seitendehnung
Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein zylindrischer oder prismatischer Probekoumlrper
hergestellt dessen Durchmesser und Kantenlaumlnge in Abhaumlngigkeit vom
Groumlszligtkorndurchmesser festzulegen sind Nach DIN 18136 sollten die Probenabmessungen
mindestens das 6fache besser das 10- bis 12-fache des Groumlszligtkorndurchmessers betragen
wobei ein Durchmesser bzw eine Kantenlaumlnge von 36 mm nicht unterschritten werden
sollte Gaumlngige Abmessungen sind hier 50 mm 70 mm 100 mm bzw 150 mm Vor
Versuchsdurchfuumlhrung sind zunaumlchst die genauen Abmessungen (Houmlhe und Durchmesser)
des Probekoumlrpers zu erfassen Anschlieszligend wird der Probekoumlrper zentrisch in die
Pruumlfmaschine eingebaut und die Pruumlfkraft mit einer konstanten Verformungs-
geschwindigkeit von idR 1 der Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers ha pro Minute
aufgebracht Die Messwertpaare aus Verformungsweg und Pruumlfkraft sind kontinuierlich
oder mindestens alle 30 s festzuhalten Der Versuch ist beendet wenn entweder der
Probekoumlrper gebrochen ist dh wenn ein Maximum der Axialkraft erreicht ist oder wenn
eine Stauchung von = 20 erreicht ist
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-40
XV Labor- und Feldversuche 17092013
Zur Auswertung des Versuchs wird die einaxiale Druckspannung bestimmt
FN mmsup2
A (Gl XV-45)
mit F Pruumlfkraft [N]
maszliggeblicher Querschnitt [mmsup2]
a aV AA mmsup2
h 1
(Gl XV-46)
mit Va Anfangsvolumen [mmsup3]
h Houmlhe des Probekoumlrpers waumlhrend der Versuchdurchfuumlhrung [mm]
Aa Querschnitt des Probekoumlrpers bei Versuchsbeginn [mmsup2]
Stauchung [-]
a
h
h
(Gl XV-47)
mit h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
ha Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
Die einaxiale Druckspannung und die Stauchung werden in einem Druck-
Stauchungsdiagramm dargestellt (Abb XV-32) Der Houmlchstwert der Druckspannung ist
die einaxiale Druckfestigkeit qu die zugehoumlrige Stauchung ist die Bruchstauchung u
Das Modul der einaxialen Druckfestigkeit Eu ergibt sich aus der maximalen
Tangentenneigung der Druck-Stauchungslinie
u
dE max kN msup2
d
(Gl XV-48)
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Abb XV-32 Druck-Stauchungsdiagramm
133 Triaxialversuch
Beim Triaxialversuch werden kreiszylindrische Proben in ein Geraumlt eingebaut das in Abb
XV-33 schematisch dargestellt ist Danach werden die zylindrischen Druckzellen mit
Fluumlssigkeit gefuumlllt und Druumlcke in der Fluumlssigkeit (Zelldruumlcke) aufgebaut Die Abscherung
der Bodenprobe erfolgt bei unterschiedlichen Zelldruumlcken 3 unter Steigerung der axialen
Normalspannung 1 Das Triaxialgeraumlt bietet eine Reihe von Moumlglichkeiten die
Versuchsbedingungen den tatsaumlchlichen Baugrundgegebenheiten (in-situ-Bedingungen)
anzupassen
Abb XV-33 Triaxialgraumlt
Einleitung desZelldrucks
Bodenprobe
Filterstein
Porenwasserdruck-messung
Druckstempel
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
1331 Konsolidierter drainierter Versuch (D-Versuch)
Die Probenkoumlrper werden nach dem Einbau konsolidiert (meist im isotropen
Spannungszustand 1 = 2 = 3) und anschlieszligend bei offener Entwaumlsserungsleitung
durch axiale Stauchung abgeschert Die Belastungsaumlnderungen bzw Verformungen
werden so langsam ausgefuumlhrt dass der Porenwasseruumlberdruck im gesamten
Probenmaterial praktisch konstant und gleich dem Saumlttigungsdruck ist Auszliger der
Vertikallast werden waumlhrend der Versuchsdurchfuumlhrung auch die Volumenaumlnderungen des
Probekoumlrpers in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Zur Beobachtung des
Nachbruchverhaltens wird der Versuch meist uumlber den Grenzzustand groumlszligter
Scherfestigkeit hinaus weitergefahren es sei denn dass dieser bei = 20 nicht erreicht
wird Dann wird der Spannungszustand bei = 20 als Grenzbedingung angenommen
Zur Ermittlung von 1 wird eine zylindrische Verformung des Probekoumlrpers mit folgender
Querschnittsflaumlche angenommen
0
0
V VA mmsup2
h h
(Gl XV-49)
mit V0 Anfangsvolumen des Probekoumlrpers [mmsup3]
V Ausgedruumlcktes Wasservolumen [mmsup3]
h0 Anfangshoumlhe des Probekoumlrpers [mm]
h Aumlnderung der Probenhoumlhe [mm]
Abb XV-34 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
(1 ndash3)2 - 1-Diagramm
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-43
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Abb XV-35 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
VV0 - 1-Diagramm
Da beim D-Versuch keine Porenwasserdruumlcke wirken sind die Spannungspfade hier
Geraden deren Endpunkte bei max(1 ndash 3) nach Gl XV-50 und Gl XV-51 uumlber den
Winkel und den Ordinatenwert b die effektiven Scherparameter und c liefern
sin tan (Gl XV-50)
bc
cos
(Gl XV-51)
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-44
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Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Abb XV-36 Ergebnisse eines konsolidierten drainierten Versuchs (D-Versuch)
a) Spannungspfad
b) MOHRrsquosche Spannungskreise im -rsquo-Diagramm
Bei Boumlden in denen die Porenwasserdruckmessung schwierig ist zB in Mergeln ist der
D-Versuch dem CU-Versuch vorzuziehen
1332 Konsolidierter undrainierter Versuch (CU-Versuch)
Bei diesem Versuch wird die konsolidierte Bodenprobe bei geschlossener
Entwaumlsserungsleitung durch axiale Stauchung abgeschert Die auftretenden
Porenwasserdruumlcke werden in Abhaumlngigkeit von der Stauchung gemessen Voraussetzung
fuumlr die Porenwasserdruckmessung und die Versuchsauswertung ist eine Saumlttigung der
Probe vor dem Abschervorgang Hierfuumlr wird die Probe vor Versuchsbeginn einem
Saumlttigungsdruck u0 ausgesetzt
0 100 200 300 4000
100
200
( acute+ acute)2 [kNmsup2] 1 3
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
acutebacute
(-
)2
[kN
msup2]
13
max ( - )2 1 3
0 100 200 300 4000
100
200
[kNmsup2]acute
[k
Nm
sup2]
1
2
3
0
1
2
3
0
acutecacute
a)
b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
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[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-45
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b
2
13
2
2
13
2
Abb XV-37 Spannungspfade und Scherparameter beim CU-Versuch
a) normalkonsolidierter Boden
b) uumlberkonsolidierter Boden
Die Spannungspfade der effektiven Spannungen sind vom Konsolidierungsverhaumlltnis
abhaumlngig Sie haben bei Normalkonsolidierten Boumlden die Form nach Abb XV-37 a) und
bei stark uumlberkonsolidierten Boumlden die Form von Abb XV-37 b) Die Grenzlinie ergibt
sich als Umhuumlllende oder als geradlinige Verbindung der Punkte max(1 ndash 3 ) Die bei
der Versuchsauswertung nach Gl XV-50 bzw Gl XV-51 erhaltenen Werte fuumlr und c
unterscheiden sich kaum von jenen aus dem D-Versuch
1333 Konsolidierter draumlnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen
(CCV-Versuch)
Der CCV-Versuch entspricht dem CU-Versuch doch wird beim Abscheren der Zelldruck
3 selbsttaumltig so geregelt dass der Porenwasserdruck u = u0 konstant bleibt Hierdurch
werden Schwierigkeiten beim Messen der Porenwasserdruumlcke insbesondere bei Boumlden mit
geringem Porenanteil umgangen Die Spannungsfade des CCV-Versuchs entsprechen
jenen des CU-Versuchs
1334 Unkonsolidierter undrainierter Versuch (UU-Versuch)
Der UU-Versuch dient der Bestimmung der undrainierten Scherparameter u und cu Bei
diesem Versuch wird eine bindige Bodenprobe bei geschlossenem Porenwassersystem
zuerst durch einen Anfangszelldruck belastet und anschlieszligend durch Steigerung der
axialen Normalspannung 1 abgeschert Der Porenwasserdruck wird dabei nicht gemessen
Der Versuch liefert die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit einem konstanten
a) b)
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
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Wassergehalt des Probekoumlrpers der dem Wassergehalt des Baugrunds entsprechen sollte
Bei gesaumlttigten Boumlden ist u = 0 und cu = 05 middot max(1 ndash 3)
Abb XV-38 --Diagramm eines UU-Versuchs
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
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XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-47
XV Labor- und Feldversuche 17092013
Literatur
[1] Keacutezdi Aacute (1973)
Handbuch der Bodenmechanik Band 3 VEB Verlag fuumlr Bauwesen Berlin
[2] DIN 4022-11987
Benennen und Beschreiben von Boden und Fels
[3] DIN 18121-11998
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt - Teil 1 Bestimmung durch
Ofentrocknung
[4] DIN 18121-22001
Baugrund - Untersuchungen von Bodenproben Wassergehalt - Teil 2
Bestimmung durch Schnellverfahren
[5] DIN 18122-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 1 Bestimmung der Flieszlig- und Ausrollgrenze
[6] DIN 18122-21997
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen) - Teil 2 Bestimmung der Schrumpfgrenze
[7] DIN 181232011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der
Korngroumlszligenverteilung
[8] DIN 181241997
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korndichte -
Kapillarpyknometer Weithalspyknometer
[9] DIN 18125-12010
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 1 Laborversuche
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-48
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[10] DIN 18125-22011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte des
Bodens - Teil 2 Feldversuche
[11] DIN 181261996
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte
nichtbindiger Boumlden bei lockerster und dichtester Lagerung
[12] DIN 181272011
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Proctorversuch
[13] DIN 181282002
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des Gluumlhverlustes
[14] DIN 181292011
Baugrund Untersuchung von Bodenproben ndash Kalkgehaltsbestimmung
[15] DIN 18130-11998
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwerts - Teil 1 Laborversuche
[16] DIN 18130-22003
Baugrund Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung des
Wasserdurchlaumlssigkeitsbeiwertes - Teil 2 Feldversuche
[17] DIN 181321995
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung des
Wasseraufnahmevermoumlgens
[18] DIN 181342012
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Plattendruckversuch
Norm-Entwurf
[19] DIN 181362003
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte - Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit Einaxialversuch
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61
Prof Dr-Ing Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt fuumlr Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XV-49
XV Labor- und Feldversuche 17092013
[20] DIN 18137-12010
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 1 Begriffe und grundsaumltzliche Versuchsbedingungen
[21] DIN 18137-22011
Baugrund Versuche und Versuchsgeraumlte Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 2 Triaxialversuch
[22] DIN 18137-32002
Baugrund Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit -
Teil 3 Direkter Scherversuch
[23] DIN EN ISO 14688-12003
Benennung Beschreibung und Klassifizierung von Boden ndash Teil 1 Benennung
und Beschreibung
[24] Schultze E Muhs H (1967)
Bodenuntersuchungen fuumlr Ingenieurbauwerke 2 Auflage Springer-Verlag
Berlin - Heidelberg - New York
[25] Skempton AW (1953)
The colloidal Activity of clays - Proc III International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE) Zuumlrich Bd 1 S 57-61