Klassifikation der Böden - Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau

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E.1
Klassifikation der Böden
Lehrstuhl für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau
E Klassifikation von Boden und Fels
E.1 Allgemeines zur Klassifikation
Klassifizierungssysteme dienen der Ordnung und Organisation komplexer Strukturen, wobei sie zielgerichtet Ähnlichkeiten von Eigenschaften und Verhalten bei der Bildung von Klassen berücksichtigen.
Um in der Bodenmechanik zu analytischen Aussagen über das mechanische Verhalten der vielen natürlichen Bodenarten
zu kommen, fasst man sie zu Baugrund-Gruppen von jeweils mechanisch ähnlichem Verhalten zusammen.
Die Klassifizierung kann auch unter anderen Gesichtspunkten vorgenommen werden. So gibt z.B. DIN 18196 (06/2006)
eine Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke an. Weitere Klassifizierungen betreffen beispielsweise die Frostsicherheit, Lösbarkeit, Durchlässigkeit, Aggressivität oder Verwertbarkeit.
Eine primäre Klassifizierung unterscheidet zwischen Festgestein (rock) und Lockergestein (soil), wobei in der Regel als
einfaches Merkmal dient, ob eine Gesteinsprobe im Wasser zerfällt. Das Merkmal ist allerdings für lösliche Gesteinsarten
- Salinargesteine - untauglich.
E.2 Klassifizierung von Fels
Abweichend von Böden, in denen die Vielzahl von Körnern in einem allenfalls statistisch erfassbaren Zusammenspiel betrachtet wird, wird im Fels ein festes Grundmaterial betrachtet, das einerseits durch seine Festigkeit und Härte zu beschreiben und zu klassifizieren ist, vor allem aber durch seine Trennflächen: Schichtflächen und Klüfte, sowie deren Abstände und
Orientierung. Im Fels ist grundsätzlich zwischen dem Gestein (mit häufig hoher Festigkeit) und dem Gebirge zu unterscheiden, welches vom Verband und den Trennflächen geprägt ist und deshalb eine (meist deutlich) geringere Festigkeit als das
Gestein aufweist.
Entsprechend z.B. dem Merkblatt über Felsgruppenbeschreibungen für bautechnische Zwecke im Straßenbau, aber auch
IAEG(1981), MATULA (1981), PRINZ (1991) und EICHLER (2000), werden bei Festgesteinen Klassifizierungen nach der
Petrografie, der Gesteinsfestigkeit und -härte, der Kornbindung, dem Abstand der Haupttrennflächen, ihrer Neigung sowie
der Verwitterung vorgenommen, die nachfolgend tabellarisch wiedergegeben sind.
Kurzzeichen Bezeichnung
Beispiel
MA
Magmatische Gesteine
Granit, Basalt, Porphyr
ME
Metamorphe Gesteine
Gneis, Glimmerschiefer
SF
feinkörnige
Sedimentgesteine
Tonschiefer, Tonstein,
Schluffstein
SG
grobkörnige
Sandstein, Grauwacke,
Sedimentgesteine
Konglomerate
QU
quarzitische Gesteine
Quarzit, Kieselschiefer
KA
karbonatische Gesteine Kalkstein, Dolomitstein,
Mergelgestein
Tabelle E02.10: petrografisch - gewinnungstechnische Bezeichnungen
Bezeichnung der Festigkeit nach
IAEG-Empfehlung
Gesteinsdruck2
festigkeit (MN/m )
Bezeichnung der
Festigkeit
Gesteinsdruck2
festigkeit (MN/m )
Gering
1,5 - 15
sehr mürb
Mäßig
15 - 50
mürb
Fest
50 - 120
mürb - hart
5 - 12,5
sehr fest
120 - 230
mäßig hart
12,5 - 50
hart
50 - 100
extrem fest
> 230
sehr hart
0,6 - 1,25
1,25 - 5
> 100
Tabelle E02. 20: Felsklassifikationen entsprechend der Gesteinsdruckfestigkeit
Vo/Hy 02.02.16 C:\Users\zg\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Outlook\GN1XBHH6\VorlG-EKlassifikation.doc
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E.2
Klassifikation der Böden
Kornbindung /
Festigkeit
sehr gut
gut
mäßig
schlecht bzw. fest
mürbe bzw. milde
entfestigt
Geländeversuch
mit Stahlnagel / Messer nicht ritzbar,
Hammer federnd + klingend
mit Stahlnagel / Messer schwer ritzbar,
Hammer klingend
mit Stahlnagel / Messer leicht ritzbar,
mit Hammer leicht zu zerschlagen,
klingend
Abreiben von Gesteinsteilchen mit den
Fingern leicht möglich bzw. mit dem Fingernagel ritzbar
Kanten mit den Fingern abbrechbar
Gestein mit den Fingern zerdrückbar
Tabelle E02.30: Klassifikation der Kornbindung (DIN EN ISO 14689-1, NA. 5)
mittlerer Abstand (cm) Bezeichnung
Toleranz ± 20 %
der Klüftung
<1
Bezeichnung der
Schieferung / Schichtung
Winkelbereich (°)
Toleranz ± 5°
Bezeichnung
-
blättrig
0 - 10
söhlig
1–5
sehr stark
klüftig
dünnplattig
10 - 30
flach
30 - 60
geneigt
5 – 10
stark klüftig
dickplattig
60 - 90
steil
0 – 30
klüftig
dünnbankig
30 – 60
schwach klüftig dickbankig
> 60
kompakt
massig
Tabelle E02.40: Bezeichnungen zur Klassifizierung von Fels nach Haupttrennflächen und ihrer Neigung
(ZTVE StB 94, Tab. 31 nach FGSV)
Sedimentgesteine: Wind- und Wassersedimente älterer Erdperioden, wurden unter dem hohen Druck jüngerer Überlagerungen und in Verbindung mit chemischen Umbildungen der Minerale zu Gestein verfestigt (Diagenese). Dabei bleiben im Ge-
Gewichtsanteil
füge Trennflächen erhalten oder tektonisch bedingt entstehen weitere Trennflächen (z.B. Klüfte, siehe Bild D07.70), in denen
bei späterer Druckabnahme - etwa infolge Erosion der Deckschichten - die Verwitterung z.B. durch Hydrolyse oder Oxydation ansetzt. Auch in magmatischen und metamorphen Gesteinen setzt physikalische und chemische Verwitterung an Trennflächen ein. Im Verlauf des fortschreitenden Verwitterungsprozesses zerfällt der zunächst feste Tonstein, Kalkstein, Schluffstein, Sandstein oder auch Granit (wieder) in ein zunehmend feinkörniges Lockergestein. Bei von der Verwitterung schnell
und stark beeinflussbaren Gesteinen spricht man von veränderlich festen Gesteinen. Proben aus daraus entstehenden
Verwitterungsböden lassen sich, wie die Veränderung der Korngrößenverteilung für einen Keupermergel in Bild E02.10 bei
fortschreitender Entfestigung durch Verwitterung zeigt, deswegen nicht allein durch die Korngröße klassifizieren, sondern
man muss auch den Verwitterungsgrad einbeziehen.
zunehmende Verwitterung
Korngröße d [mm]
Bild E02.10: Körnungslinien bei fortschreitender
Verwitterung; die "Sandfraktion" bei geringerer Verwitterung besteht aus Tonsteinteilchen
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E.3
Klassifikation der Böden
Nach CHANDLER (1969) lassen sich für Tonsteine folgende Verwitterungszonen qualitativ unterscheiden (zur quantitativen
Bestimmung s.a. MACK, 1981):
Zone 1 - fester Tonstein, meist klüftig. 10 - 35 % Tongehalt; w = 5..15 %;
Zone 2 - angewitterter Tonstein mit voll ausgebildeten Kluftscharen, aber praktisch noch ohne Kluftfüllung. KluftTrennflächen dünn mit Schluff beschichtet. Erste Anzeichen chemischer Verwitterung. Ton- und Wassergehalt wie
in Zone 1;
Zone 3 - Tonmergel mit Ton und Schluff als Grundsubstanz, in die Kluftkörper als Brocken eingebettet sind. Mittelwert von
w = 12..20 %; in den Brocken deutlich weniger. Die Grobanteile bilden noch ein tragfähiges Korngerüst, solange die
Brocken noch nicht durch mechanische Beanspruchung zerrieben werden;
Zone 4 - vollständig ausgewitterter Tonmergel mit über 50 % Tonanteil, w über 30 %. Nur noch vereinzelte Grobbestandteile, die ohne gegenseitigen Kontakt im weichen Material eingebettet sind ("schwimmen").
Da die Verwitterung alle Arten von Gesteinen betrifft, existieren auch für Sandsteine, Kalksteine, Mergel, Sulfatgesteine
etc. Klassifizierungen zur Verwitterung. (Häufig 5 oder 6 Klassen (V0 bis V5, W1 bis W5, Vs1 bis Vs6). Nach dem Merkblatt für die Felsgruppenbeschreibung werden vier Verwitterungsgrade unterschieden.
Kurzzeichen
Bezeichnung
Merkmal Gestein
Merkmal Gebirge
VU
unverwittert
VA
angewittert
keine verwitterungsbedingte
Auflockerung an Trennflächen
Teilweise Auflockerungen
an Trennflächen
VE
entfestigt
VZ
zersetzt
unverwittert, frisch,
kein Verwitterungseinfluss erkennbar
auf frischer Bruchfläche Verwitterung von einzelnen
Mineralkörnern erkennbar (Lupe),
beginnende Mineralumbildung und Verfärbung
durch Verwitterungsvorgänge gelockertes,
jedoch noch im Verband befindliches Mineralgefüge,
meist in Verbindung mit Mineralumbildung,
insbesondere mit und an Trennflächen
noch im Gesteinsverband befindliches, durch Mineralneubildung verändertes Gestein ohne Festgesteinseigenschaften (z. B. Umwandlung von Feldspäten zu
Tonmineralen, von Tonschiefer zu Ton)
vollständige Auflockerung
an Trennflächen
Kluftkörper ohne
Festgesteinseigenschaften
Trockenrohdichte
Porenraum
Bild E02.20: Trockenrohdichte und Porenraum in
Abhängigkeit von der Verwitterung, ermittelt an
Tittlinger Granit.
Porenraum [%]
Die Verwitterung von Graniten ist in SCHOLZ (2003) beschrieben. Er unterscheidet deutlich zwischen der Verwitterung im
Gebirgsverband (Bild E02.30) und der im Korngefüge (Bild
E02.20). Die Verwitterung im Gebirge dringt von den Kluftflächen
ausgehend in den Kluftkörper vor. Dabei bilden sich in vielen
Fällen Zonen unterschiedlicher Verwitterungsstufen aus, die er
in Stufen Vs1 bis Vs6 unterteilt. Da sich die Verwitterungsprozesse an den Ecken und Kanten stärker als auf den Kluftflächen
auswirken, runden sich die Kluftkörper häufig im Zuge der Verwitterung zu charakteristischen Wollsäcken. Endprodukt der
Verwitterung von Graniten ist reiner Ton, z.B. Kaolin.
Trockenrohdichte [g/cm³]
Tabelle E02.50: Verwitterungsgrad nach dem Merkblatt für die Felsgruppenbeschreibung
Auch bei Böden gibt es Verwitterungsprozesse, z.B. vom Löss
(kalkhaltiger Schluff) zum Lösslehm (entkalkter schluffiger Ton). Typisch ist stets, dass mit der Verwitterung eine Abnahme der Korngröße und Dichte einhergeht.
Verwitterungsstufe
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Klassifikation der Böden
a)
b)
a)
c)
b)
a)
c)
c)
b)
c) d)
d)
e)
d)
f)
Schematische Darstellung der Verwitterung von
Kluftkörpern aus Granit
Foto eines zoniert verwitterten Kluftkörpers aus
Königshainer Granit
Legende: a) frischer Granit (Vs1) b) angewitterter Granit (Vs2) c) Rostfront (Vs2 bis Vs4)
d) Zone der Ausbleichung (Vs3 bis Vs5) e) Zersatzzone (Vs4 bis Vs6) f) Granitgrus
Bild E02.30: Verwitterung von Granit im Gebirgsverband (SCHOLZ, 2003)
E.3 Klassifizierung von Lockergestein nach der Korngröße
Durch den Zerfall von Festgestein und die weitere Beanspruchung und Umlagerung der entstandenen Lockermassen
durch Wasser- und Luftbewegung entsteht ein Konglomerat von Körnern, das man petrografisch durch die Korngrößen d
[mm] klassifiziert. Dabei wird der Durchmesser des Bodenkorns zugrunde gelegt, der für den Durchgang durch ein Sieb
maßgebend ist, auch wenn die tatsächliche Kornform hiervon abweicht. Die Benennung erfolgte bisher nach DIN 4022-1,
seit Januar 2007 gilt DIN EN ISO 14688-1. In Tabelle E03.10 sind die Bezeichnungen nach beiden Normen vergleichend
dargestellt. Da die Klassifizierung von Lockergestein nach der Korngröße in der Praxis noch häufig nach DIN 4022-1
erfolgt, wird in diesem Abschnitt die Vorgehensweise bei der Klassifizierung für beide Normen dargestellt.
Der prozentuale Gewichtsanteil einer Korngröße am Gemisch wird bei den Grobanteilen (d > 0,06 mm) durch Sieben, bei
den Feinanteilen durch Schlämmen - Schlämmanalyse - bestimmt (DIN 18123).
Bei der Siebung wird eine ofentrockene (105 °C) Probe durch eine genormte Serie von Sieben geschüttelt. Die ermittelten Korngrößen werden der Nennweite des Siebes zugeordnet, durch das sie zuletzt hindurchgefallen sind.
Bei der Schlämmanalyse (Sedimentation) wird die Bodenprobe in Wasser zu einer Suspension aufgerührt und diese im
Standglas sich selbst überlassen. Die in der Suspension enthaltenen Körner sinken unterschiedlich schnell zu Boden,
zuerst die großen, langsamer die kleinen. Mit dem Absinken der Körner ändert sich die Dichte der Suspension, die mit
Hilfe eines Aräometers in festgelegten Zeitabständen gemessen wird. Mit Hilfe eines Nomogramms, welches von Casagrande nach dem Stoke'schen Gesetz aufgestellt worden ist, kann so der Massenanteil der verschieden großen Körner
ermittelt werden.
Entsprechend den Versuchen zur Korngrößenbestimmung wird nach nichtbindigen (oder auch grobkörnigen) sowie bindigen (oder auch feinkörnigen) Böden unterschieden. Der Begriff "gemischtkörnige Böden" wird nach DIN 4022-1 verwendet, wenn in einem Boden 5 % bis 40 % feinkörnige Anteile enthalten sind.
Das Ergebnis wird gewöhnlich in Form einer Summenlinie, bezeichnet als Sieblinie (auch Körnungslinie) (siehe Bild
E03.10) aufgetragen.
Die zu Bild E03.10 gehörende Kornverteilungslinie im Sinne einer Häufigkeitsverteilung zeigt Bild E03.20. Das Beispiel ist
ein norddeutscher Wattsand. Gelegentlich wird zur Kennzeichnung eines nichtbindigen Bodens auch ein Körnungsdreieck benutzt, bei dem man die drei am stärksten vertretenen Hauptbodenarten über den 3 Seiten aufträgt. Diese Darstellung ist aber nicht zu empfehlen; sie sagt weniger aus als eine Kornkennzahl.
Zur digitalen Darstellung eignet sich die Kornkennzahl Cl/Si/S/G (T/U/S/G nach DIN 4022-1), die im dargestellten Fall
05/29/52/14 wäre.
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Klassifikation der Böden
Cl
Si
Sa
Gr
Gewichtsanteil [%]
Co
80
20
d60=0,30
40
60
20
6,0
2,0
0,6
0,2
2 6
20 60
Korngröße d [mm]
0,06
0,5
0,02
0,2
0,002
0,06
0,02
0
10
d30=0,043
d10=0,006
0,006
20
0,006
60
0,002
Gewichtsanteil [%]
100
Korngröße d [mm]
Bild E03.20: Kornverteilungslinie
Bild E03.10: Beispiel für eine Sieblinie
Aus der Sieblinie kann der "wirksame Korndurchmesser" d10 entnommen werden, der für die Beurteilung der Durchlässigkeit eines Bodens erfahrungsgemäß ein guter Indikator ist.
Die Form der Sieblinie lässt sich stark vereinfacht durch die Ungleichförmigkeitszahl Cu (auch U)
Cu = d60 / d10
kennzeichnen; differenzierter durch Hinzunahme der Krümmungszahl (DIN 18196 (06/2006), S. 2)
Cc = (d30)2 / (d10⋅d60).
Wenn CU > 6 und Cc zwischen 1 und 3 liegen, nennt man den Boden weitgestuft. Das Gegenstück ist der enggestufte
Boden. Bei Ausfallkörnungen spricht man von intermittierender Stufung (treppenartiger Verlauf der Sieblinie).
Gewichtsanteil [%]
100
Siebkorn
Schlämmkorn
0
80
20
60
40
60
40
100
Gewichtsanteil [%]
Schlämmkorn
Kieskorn
Fein
Schluffkorn
Sandkorn
stes Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob-
0
80
20
60
40
60
40
d [mm]
20
Siebkorn
Kieskorn
Fein
Schluffkorn
Sandkorn
stes Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob-
d [mm]
80
Bild E03.30: Beispiel (Wattsand) für einen enggestuften
Boden: Bandbreite der innerhalb einer Schicht gemessenen Körnungslinien
20
80
Bild E03.40: Beispiel (Geschiebemergel) für einen weitgestuften Boden: Bandbreite der innerhalb einer Schicht
gemessenen Körnungslinien
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Klassifikation der Böden
Bereich
(DIN EN ISO
14688-1)
sehr grobkörniger Boden
grobkörniger
Boden
Benennung
(DIN EN ISO
14688-1)
Kurzzeichen
(DIN EN ISO
14688-1)
Kurzzeichen
(DIN 4022-1)
Korngrößenbereich
[mm]
großer Block
LBo
[-]
> 630
Block
Bo
Y
> 200 - 630
Kopfgröße
Stein
Co
X
> 63 - 200
größer als Hühnereier
Kies
Grobkies
Mittelkies
Feinkies
Gr
G
gG
mG
fG
> 2 - 63
> 20
> 6,3
> 2,0
Sand
Grobsand
Mittelsand
Feinsand
Sa
CSa
MSa
FSa
gS
mS
fS
> 0,063 - 2,0
> 0,63 - 2,0
> 0,2 - 0,63
> 0,063 - 0,2
Schluff
Grobschluff
Mittelschluff
Feinschluff
CGr
MGr
FGr
Si
S
U
CSi
MSi
FSi
gU
mU
fU
Cl
T
Hühnerei
Haselnuss
Erbse
Streichholzkopf
Grieß
> 0,002 - 0,063
> 0,02
- 0,063
> 0,0063 - 0,02
> 0,002 - 0,0063
gering plastisch 1)
trocken: gut zu Staub
zerdrückbar;
feucht: mehlig, stumpf,
bröckelt;
im Wasser: wird leicht zu
Brei, starke Trübung des
Wassers;
< 0,002
ausgeprägt plastisch
trocken: nur zu zerbrechen;
feucht: seifig, glänzig,
knetbar, vom Finger nur
abzuwaschen;
im Wasser: schwer aufzuweichen, geringe Trübung des Wassers;
feinkörniger
Boden
Ton
- 63
- 20
- 6,3
manuelle Bestimmung
1)
Zur Unterscheidung von Schluff und Ton ist auch der Schüttelversuch gut geeignet: Wird ein feuchter Probenklumpen in
der Hand geschüttelt, tritt aus Schluff Wasser aus. Dieses wird nach dem Schütteln von der Probe wieder aufgenommen.
Tabelle E03.10: Benennung der Bodenkörner nach ihrer Größe (nach DIN EN ISO 14688-1, Tab. 1 und DIN 4022-1)
Die Kürzel "Cl", "Si", "Gr", "Co" und "Bo" stehen für die englischen Begriffe der Bodenarten "Clay", "Silt", "Sand", "Gravel",
"Cobbles" und "Boulder".
Die granulometrische Bezeichnung der Böden, z.B. als Kies, Sand, Ton oder Schluff richtet sich entsprechend DIN 4022
nach der mit über 40 % vertretenen Hauptbodenart. Wenn 2 Gruppen mit je mindestens 40 % vertreten sind, werden
beide als Substantiv genannt, z.B. "Kies und Sand". Mit nachgestelltem Adjektiv bezeichnet man Gruppen von geringerem Anteil, z.B. Sand, schluffig. Dabei werden zusätzlich die Beiworte schwach und stark verwendet, wenn
-
bei grobkörnigen Nebenanteilen ein Anteil unter 15 % (schwach) oder zwischen 30 % und 40 % (stark) vorhanden ist
bzw.
-
bei feinkörnigen Anteilen (z.B. schwach schluffig oder stark tonig) davon ein besonders geringer oder besonders
starker Einfluss auf das Verhalten des Bodens ausgeht.
Beispiel: "Sand, schwach tonig, stark kiesig" bzw. abgekürzt: S,
t', g*.
Die Regularien der Benennung der Bodenart nach DIN 4022 sind in Tabelle E03.20 zusammengestellt.
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E.7
Klassifikation der Böden
Bodenart nach DIN 4022
feinkörnig
gemischtkörnig
grobkörnig
Massenanteil < 0,06 mm:
> 40 %
Massenanteil < 0,06 mm:
≤ 40 % und ≥ 5 %
Massenanteil < 0,06 mm:
<5%
Bezeichnungen
für
-
Grobkorn schwimmt in
Feikornmatrix
-
knetbar
-
Grobkorn bildet
Korngerüst
mind. mittlere Trockenfestigkeit DIN 4022
T bzw. U
(nach bestimmenden Eigenschaften, nicht nach KV!)
Hauptanteil
aus Plastizitätsdiagramm:
T
dann G und S
- Ip ≥ 7
oder
- oberhalb d. A-Linie
Allgemein nach den Eigenschaften und dem Einfluss
des feinkörnigen Nebenanteils (siehe Plastizität)
T, u bzw. U, t
Wenn weniger als 3 % über oder unter der A-Linie
feinkörnige
Nebenanteile
G bzw. S
(Je nach größerem Massenanteil.
Sind sie etwa gleich groß (ca. 40 % - 60 %)),
- Ip ≤ 4
oder
U
- unterhalb d. A-Linie
Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei feinkörnigen Nebenanteilen nur verwendet, wenn sie von
besonders geringem bzw. besonders großen Einfluss
auf den Boden sind (nicht nach KV !)
"schwach", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 5 % und 15 % beträgt
"stark", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 30 % und 40 % beträgt
Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei feinkörnigen Nebenanteilen nicht verwendet
grobkörnige
Nebenanteile
Tabelle E03.20: Regularien der Benennung der Bodenarten nach DIN 4022
Bodenart nach DIN EN ISO 14688-1
feinkörnig
gemischtkörnig
(Boden klebt im nassen
Zustand)
-
Bezeichnungen für
Hauptanteil
feinkörnige
Nebenanteile
grobkörnige
Nebenanteile
grobkörnig
sehr grobkörnig
(Boden klebt im
nassen Zustand
nicht)
Massenanteil
> 63 mm
> 50%
knetbar
mindestens
mittlere Trockenfestigkeit nach
DIN EN ISO
14688-1
Cl bzw. Si
Gr bzw. Sa
Co bzw. Bo
(nach bestimmenden Eigenschaften, nicht
nach Kornverteilung);
Unterscheidung über:
- Trockenfestigkeit
- Rüttelversuch
- Knetversuch
- Reibe-/ Schneidversuch
(Genaue Unterscheidung nur mit Plastizitätsdiagramm möglich)
(Je nach größerem Massenanteil. Sind sie
(Je nach größerem
Massenanteil)
Bei feinkörnigem Hauptanteil wird kein feinkörniger Nebenanteil genannt.
etwa gleich groß, dann Gr / Sa)
allgemein nach den Eigenschaften und dem Einfluss des feinkörnigen Nebenanteils (siehe Plastizität)
Die Bezeichnung "schwach" oder "stark" wird bei feinkörnigen
Nebenanteilen nur verwendet, wenn sie von besonders geringem
bzw. großen Einfluss auf den Boden sind (nicht nach Korngrößenverteilung)
"schwach", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 5 % und 15 % beträgt
"stark", wenn der jeweilige Massenanteil zwischen 30 % und 40 % beträgt
Tabelle E03.30: Regularien der Benennung der Bodenarten nach DIN EN ISO 14688-1
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E.8
Klassifikation der Böden
Die granulometrische Bezeichnung der Böden, z.B. als Kies, Sand, Ton oder Schluff richtet sich entsprechend DIN EN
ISO 14688-1 nach der am stärksten vertretenen oder die Eigenschaften bestimmenden Hauptbodenart (Hauptanteil).
Wenn 2 Korngrößenbereiche mit etwa gleichen Masseanteilen vertreten sind, werden beide als Substantiv genannt und
durch einen Schrägstrich getrennt, z.B. Kies/Sand. Korngrößenbereiche von geringerem Anteil (Nebenanteile) werden als
Adjektive dem Hauptanteil beigefügt, z.B. Sand, schluffig. Dabei werden zusätzlich die Beiworte schwach und stark verwendet, wenn
-
bei grobkörnigen Nebenanteilen ein Anteil unter 15 % (schwach) oder über 30 % (stark) vorhanden ist bzw.
bei feinkörnigen Anteilen (z.B. schwach schluffig oder stark tonig) davon ein besonders geringer oder besonders
starker Einfluss auf das Verhalten des Bodens ausgeht.
Beispiel: "Sand, schwach tonig, stark kiesig" bzw. abgekürzt: cl'
gr* Sa.
Die Regularien der Benennung der Bodenart nach DIN EN ISO 14688-1 sind in Tabelle E03.30 zusammengestellt.
E.4 Klassifizierung nichtbindiger Böden nach der Lagerungsdichte
Nichtbindige Böden werden nach der Lagerungsdichte, siehe Kapitel C, "Elementare Bodeneigenschaften", klassifiziert.
Die Lagerungsdichte und bezogene Lagerungsdichte als Zahlenwerte werden mit Hilfe von Porenzahl und Porenanteil bei
lockerster, dichtester sowie vorhandener Lagerung bestimmt oder aus empirischen Beziehungen aus Sondierungsergebnissn näherungsweise abgeleitet. Bei der Benennung der Lagerungsdichte werden die in den folgenden Tabellen verwendeten Bezeichnungen verwendet. Dabei ist die Ungleichförmigkeit des Bodens zu beachten und bei den Sondierungen auch, ob sie oberhalb oder unterhalb des Grundwasserspiegels liegen. In der Tabelle sind außerdem typische Angaben über zugehörige Größen des auf die Proctordichte bezogenen Verdichtungsgrades, des Spitzenwiderstands der
Drucksonde und des Eindringwiderstands von Rammsondierungen aufgeführt. Die Ergebnisse bei Sondierungen sind
stark von der Korngrößenverteilung des Bodens abhängig. Die Angaben können nur grobe Anhaltswerte darstellen.
Bezeichnung
bei Cu > 3
D (-)
sehr locker
locker
mitteldicht
dicht
< 0,2
0,2 - 0,45
0,45 - 0,65
> 0,65
Verdichtungsgrad
Dpr
Spitzenwiderstand
Drucksonde qs
2
(MN/m )
≥ 98 %
≥ 100 %
≥ 7,5
≥ 15
Rammsondierungen
Schlagzahl
DPH N10
SPT N30
0–5
3 – 10
7 – 23
20 – >40
0–4
3 – 15
10 – 30
25 – >40
Tabelle E04.10: Bezeichnungen der Lagerungsdichte, Zuordnung zu Versuchsergebnissen bei ungleichförmigen
(Cu > 3) nichtbindigen Böden, je nach Korngrößenverteilung und Lage über oder im Grundwasser stark variierend
Bezeichnung
bei Cu ≤ 3
D (-)
sehr locker
locker
mitteldicht
dicht
sehr dicht
< 0,15
0,15 - 0,30
0,30 - 0,50
0,50 - 0,75
0,75 - 1
Verdichtungsgrad
Dpr
Spitzenwiderstand
Drucksonde qs
2
(MN/m )
≥ 95 %
≥ 98 %
< 2,0
2,0 - 5,0
5,0 - 12,0
12,0 - 20,0
Rammsondierungen
Schlagzahl
DPH N10
DPL-5 N10
0–1
1–5
3 – 15
13 – >25
0–3
3–7
5 – 20
> 20
Tabelle E04.20: Bezeichnungen der Lagerungsdichte, Zuordnung zu Versuchsergebnissen bei gleichförmigen
(Cu ≤ 3) nichtbindigen Böden, über Grundwasser
E.5 Klassifizierung bindiger Böden nach der Plastizität
Bei bindigen Böden ist die Kornzusammensetzung allein kein ausreichendes Bestimmungsmerkmal; vielmehr muss ihre
Plastizität IP bestimmt werden: entweder qualitativ im Knetversuch nach DIN 4022-1, 8.7 ("leicht", "mittel", "ausgeprägt
plastisch" ) oder DIN EN ISO 14688-1, 5.8 ("gering", "ausgeprägt plastisch") oder quantitativ durch die Bestimmung der
Fließgrenze wL (Übergang vom flüssigen zum plastischen Zustand) und der Ausrollgrenze
schen zum halbfesten Zustand) nach DIN 18122 Teil 1 (Atterberg-Grenzwassergehalte).
wP (Übergang vom plasti-
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E.9
Klassifikation der Böden
Daraus folgt die Plastizität IP = wL - wP. Werte wL = 35 % bis
50 % kennzeichnen eine mittlere Plastizität.
Bestimmung der Fließgrenze: im Fließgrenzenapparat von Casagrande (Bild E05.10). Eine Bodenprobe (nur Körnungsbereich <
0,4 mm) wird vor dem Versuch mit Wasser angereichert und gut
durchgeknetet. Sie wird in eine Messingschale gestrichen. In die
Probe wird eine definierte Furche eingeritzt. Durch Drehen einer
Handkurbel wird erreicht, dass die Schale wiederholt auf eine harte
Unterlage fällt. Dabei schließt sich die Furche. Der Wassergehalt
an der Fließgrenze wL (L für Liquid) ist dadurch bestimmt, dass
sich die Fuge nach 25 Schlägen auf einer Länge von 1 cm
schließt. Um diesen zu bestimmen, werden mehrere Versuche mit
verschiedenen Wassergehalten durchgeführt.
Bestimmung der Ausrollgrenze: Wieder wird eine Probe mit homogenem Wassergehalt aufbereitet. Sie wird danach auf Filterpapier
zu 3 mm dicken Röllchen ausgerollt, bis diese zu zerbröckeln
beginnen. Der dann vorhandene Wassergehalt wird als Ausroll-
Bild E05.10: Fließgrenzengerät nach Casagrande
(aus DIN 18122, Teil 1)
grenze wp bezeichnet.
Bestimmung der Schrumpfgrenze (DIN 18122, Teil 2). Mit abnehmendem Wassergehalt nimmt das Volumen einer bindigen Bodenprobe ab. Die Probe schrumpft dabei durch die Kapillarkraft des
eingeschlossenen Wassers. Ab einem bestimmten Wassergehalt,
der Schrumpfgrenze ws , findet keine Volumenabnahme mehr statt
(Bild E05.20).
Nach CASAGRANDE (DIN 18196, Bild 1) erhält man eine verbesserte Einordnung bindiger Böden durch grafische Auftragung der
Plastizitätszahl IP über der Fließgrenze
siehe Bild E05.30.
wL in der Plastizitätskarte,
Bild E05.20: Ermittlung der Schrumpfgrenze
Ein nichtbindiger Boden ist durch die Plastizität 0 gekennzeichnet.
Schluffe, die sonst nicht immer leicht von Tonen äußerlich zu unterscheiden sind, kann man an ihrer niedrigen Plastizität erkennen:
% dagegen in der Regel Ton.
IP ≤ 4 % kennzeichnet in der Regel Schluff, IP ≥ 7
Etwas verwirrend ist der Gebrauch des Begriffs Ton bei leicht plastischen Tonen, die hinsichtlich der Kornverteilung
überwiegend aus Schluff bestehen.
Seite
E.10
Klassifikation der Böden
1) Die Plastizitätszahl von Böden mit niedriger Fließgrenze ist versuchsmäßig nur ungenau zu ermitteln. In den
Zwischenbereich fallende Böden müssen daher nach anderen Verfahren, z. B. nach DIN EN ISO 14688-1, dem Ton
und Schluffbereich zugeordnet werden.
Bild E05.30: Plastizitätsdiagramm mit A-Linie nach CASAGRANDE (DIN 18196)
Bei gleichem Tongehalt entsprechend der Kornverteilung können
verschiedene Böden unterschiedliche Plastizitäten aufweisen.
Deshalb bildet man das Verhältnis von Plastizität (in %) zu Tonanteil (in %) und erhält die Aktivitätszahl IA nach SKEMPTON (1953).
Sie erlaubt einen Rückschluss auf die Mineralart des enthaltenen
Tons. Es wird unterschieden:
Ia < 0,75: inaktiver Ton, Ia > 1,25: aktiver Ton, dazwischen normal
Tonmineral
Aktivitätszahl
Kaolinit
Illit
Calcium-Montmorillonit
Bentonit
0,33 ÷ 0,46
0,9
1,5
7,2
Tabelle E05.10: Aktivitätszahlen für verschiedene
Tonminerale
aktiver Ton. Beispiele von Aktivitätszahlen reiner Tone siehe Tabelle E05.10.
E.6 Konsistenz bindiger Böden
Die Plastizitätszahl IP ist ein bodenphysikalischer Kennwert, der noch nichts über den aktuellen Zustand eines bindigen
Bodens aussagt. Deswegen stellt man eine Beziehung von IP zum natürlichen Wassergehalt w durch Berechnen der
Konsistenzzahl IC her: IC =
w L - w = wL - w
. Im Ausland ist auch der "liquidity index" IL = 1-IC gebräuchlich.
wL - wP
IP
Den Konsistenzzahlen werden Zustandsformen zugeordnet:
Ein Boden ist
wenn IC
flüssig
<0
breiig
weich
steif
0 ÷ 0,5
0,5 ÷ 0,75
0,75 ÷ 1,0
halbfest
>1
ist.
Von fester Konsistenz wird gesprochen, wenn der Wassergehalt unterhalb der Schrumpfgrenze liegt. Dies entspricht
etwa einer Konsistenzzahl Ic von > 1,25.
Seite
E.11
Klassifikation der Böden
Die Zustandsform (Konsistenz) eines bindigen Bodens kann im Feldversuch gemäß DIN 4022 wie folgt ermittelt werden:
-
breiig ist ein Boden, der beim Pressen in der Faust zwischen den Fingern hindurchquillt.
-
halbfest ist er, wenn er bei 3 mm dicken Röllchen zwar bröckelt oder reißt, aber doch noch feucht genug ist, um ihn
erneut zu einem Klumpen formen zu können.
-
fest (hart) ist ein Boden, der ausgetrocknet ist und dann meist hell aussieht. Er lässt sich nicht mehr kneten, sondern
nur zerbrechen. Ein nochmaliges Zusammenballen der Einzelteile ist nicht mehr möglich.
weich ist ein Boden, der sich leicht kneten lässt.
steif ist ein Boden, der sich schwer kneten, aber in der Hand zu 3 mm dicken Röllchen ausrollen lässt, ohne zu reißen
oder zu zerbröckeln.
Auch Ramm- und Drucksondierungen sind geeignet, Hinweise auf die Konsistenz bindiger Böden zu geben. Erfahrungswerte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
undränierte Spitzendruck qs
Scherfestigkeit
(MN/m2)
cu (kN/m2)
Konsistenz
Schlagzahl
DPH
N10
DPM
N10
DPL
N10
SPT
N30
breiig
< 20
< 2,0
0-2
0-3
0-3
<2
weich
20 - 60
2,0 - 5,0
2-5
3-8
3 - 10
2-6
steif
60 - 200
5,0 - 8,0
5-9
8 - 14
10 - 17
6 - 15
halbfest
> 200
8,0 - 15,0
9 - 17
14 - 28
17 - 37
15 - 30
fest
> 400
> 15,0
> 17
> 28
> 37
> 30
Tabelle E06.10: Zusammenhang zwischen der
Konsistenz bindiger Böden, der undränierten
Scherfestigkeit cu und dem Spitzendruck qs der
Drucksonde, den Schlagzahlen N10 der verschiedenen Rammsonden sowie N30 des Standard-Penetration-Tests (SPT)
E.7 Schrumpfmaß
Mit abnehmendem Wassergehalt nimmt das Volumen einer bindigen Bodenprobe ab. Die Probe schrumpft dabei linear
etwa im gleichen Umfang wie die Wassergehaltsabnahme durch die Kapillarkraft des eingeschlossenen Wassers. Ab
einem bestimmten Wassergehalt, der Schrumpfgrenze ws , findet keine Volumenabnahme mehr statt (siehe Bild E05.20).
Nach KRABBE (1958) kann die Schrumpfgrenze mit ws
= wL - 1,25 · IP abgeschätzt werden.
Als Schrumpfmaß S wird das Maß bezeichnet, um welches sich eine Bodenprobe mit gegebenem Wassergehalt bis zum
Erreichen der Schrumpfgrenze verringert. Es ist besonders hoch in ausgeprägt plastischen Tonen mit hohem Wassergehalt. Es sind viele Schäden an Häusern bekannt, die auf derartigen Tonen gebaut wurden. Haben sie z. B. steife Konsistenz, so erscheinen sie als Baugrund geeignet. Bedingt durch eine Austrocknung des Bodens, z. B. durch Heizen in
Untergeschossen oder Wasserentzug durch Pflanzen, kann es zu erheblichen Schrumpfsetzungen kommen. SCHEIDIG
unterscheidet:
Schrumpfmaß S
(%)
<5
5 - 10
10 - 15
> 15
Baugrundbeschaffenheit
gut
mittel
schlecht
sehr schlecht
Schrumpfgefahr
gering
mittel
groß
sehr groß
Tabelle E07.10: Zusammenhang zwischen
Schrumpfmaß S, Baugrundbeschaffenheit und
Schrumpfgefahr
E.8 Organische und organogene Böden: Kalkgehalt und Glühverlust
Man unterscheidet organogene Böden, d.h. unter Mitwirkung von Organismen gebildete, aber in der Substanz anorganische Böden wie Kalksande, Seekreide, Kieselgur, von organischen Böden, die teilweise aus Pflanzen- und Tierresten
bestehen ("Mudde" oder "Faulschlamm": Gemisch organischer und anorganischer Schweb- und Sinkstoffe; "Torf": überwiegend pflanzliches Zersetzungsprodukt mit hohem Glühverlust und Wassergehalten bis zu 1500 %).
Der Gehalt an organischer Substanz wird durch den Glühverlust Vgl (Verhältnis des Gewichtsverlusts bei mäßigem Glühen zum Trockengewicht) bestimmt. Ein nichtbindiger Boden wird als "organisch" bezeichnet, wenn er über 3 % (Gew.),
ein bindiger, wenn er über 5 % humose oder organische Bestandteile enthält. Zur Bestimmung siehe DIN 18128.
In Böden mit deutlichen organischen Anteilen sind Verformungen aus Zersetzungsvorgängen zu beachten.
Seite
E.12
Klassifikation der Böden
Im Zusammenhang mit organogenen Böden sollte der Kalkgehalt Vca (Verhältnis von Kalkgewicht zu Trockengewicht) bestimmt werden, siehe DIN 18129. In der Regel stammt der Kalk von Pflanzen und Lebewesen (Muscheln, Schnecken, Korallen). Der Kalk trägt zur Bildung feiner Strukturen bei, die die Festigkeit deutlich beeinflussen können (aus Löss wird durch
Entkalkung, bei der tonige Reste verbleiben, Lösslehm; Kalksand unterscheidet sich im bodenmechanischen Verhalten von
Quarzsand). Bezeichnungen: 0 - kalkfrei, + - kalkhaltig, ++ - stark kalkhaltig.
Die oberste Bodenschicht, sofern sie mit Kleinlebewesen belebt, durchlüftet und humushaltig ist, wird als Mutterboden bezeichnet. Sie ist zu schützen und zu erhalten und entsprechend dem Bodenschutzgesetz bei Baumaßnahmen besonders zu
behandeln.
E.9 Bodenklassifizierung nach DIN 18196 (06/2006)
In der Erdbaunorm DIN 18 196 ist eine unter baubetrieblichen Gesichtspunkten gewählte und an die Erfordernisse des
Erdbaus angepasste Klassifizierung mit 28 Bodengruppen festgelegt, die als Grundlage für viele weitere Zuordnungen
und Klassifikationen hinsichtlich weiterer Eigenschaften (siehe z. B. Frostempfindlichkeit) geeignet ist, siehe Tabelle
E09.10.
Gruppen
Kies (Grant)
Korndurchmesser
≤ 0,063
≤2
mm
mm
Sand
über 60%
kleiner 5%
grobkörnige Böden
Kurzzeichen
Gruppensymbol
KorngrößenMassenanteil
bis 60%
Hauptgruppen
Definition und Bezeichnung
eng gestufte Kiese
GE
weit gestufte Kies-SandGemische
GW
intermittierend gestufte KiesSand-Gemische
Terrassenschotter
SW
über mehrere Korngrößenbereiche
kontinuierlich verlaufende Körnungslinie
SI
meist treppenartig verlaufende Körnungslinie infolge Fehlens eines oder
mehrerer Korngrößenbereiche
KiesSchluffGemische
Kies-TonGemische
über mehrere Korngrößenbereiche
kontinuierlich verlaufende Körnungslinie
meist treppenartig verlaufende Körnungslinie infolge Fehlens eines oder
mehrerer Korngrößenbereiche
weit gestufte Sand-KiesGemische
≤ 0,063 mm
über 15% bis 40%
SandSchluffGemische
bis 60%
Fluss- und Strandkies
steile Körnungslinie infolge Vorherrschens eines Korngrößenbereiches
5% bis 15%
5% bis 15%
≤ 0,063 mm
≤ 0,063 mm
über 15% bis 40%
5% bis 15%
≤ 0,063 mm
≤ 0,063 mm
über 15% bis 40%
To
nGe
mi
über 60%
steile Körnungslinie infolge Vorherrschens eines Korngrößenbereichs
SE
5% bis 15%
5% bis 40%
Beispiele
eng gestufte Sande
intermittierend gestufte SandKies-Gemische
gemischtkörnige Böden
GI
Erkennungsmerkmale
≤ 0,063 mm
≤ 0,063 mm
GU
GU*
GT
GT*
SU
SU*
ST
vulkanische
Schlacken
Dünen- und
Flugsand, Fließsand, Berliner
Sand, Beckensand, Tertiärsand
Moränensand,
Terrassensand
Granitgrus
Moränenkies
weit oder intermittierend gestufte Körnungslinie, Feinkornanteil ist schluffig
Verwitterungskies
Hangschutt
weit oder intermittierend gestufte Körnungslinie, Feinkornanteil ist tonig
weit oder intermittierend gestufte Körnungslinie, Feinkornanteil ist
schluffig
weit oder intermittierend gestufte Körnungslinie, Feinkornanteil ist tonig
Geschiebelehm
Tertiärsand
Auelehm, Sandlöss
Terrassensand,
Schleichsand
Seite
E.13
Klassifikation der Böden
über 15% bis 40%
≤ 0,063 mm
Geschiebelehm,
Geschiebemergel
ST*
über 40%
IP ≥ 7 %
und unterhalb der ALinie
Ton
nicht brenn- oder nicht schwelbar
über 40%
IP ≥ 7 %
und oberhalb der ALinie
bis
40%
feinkörnige Böden
organogene1 ) und Böden mit organischen Beimengungen
organische Böden
oder unterhalb der ALinie
Schluff
Korndurchmesser
IP ≤ 4 %
Auffüllung
Gruppen
Erkennungsmerkmale
Kurzzeichen Gruppensymbol
KorngrößenMassenan- Lage zur Ateil
Linie
brenn- oder schwelbar
Hauptgruppen
Definition und Bezeichnung
Trockenfestigkeit
Plastizität
beim
Reaktion beim
Schüttelversuch Knetversuch
niedrige
schnelle
Beispiele
leicht plastische Schluffe
wL< 35%
UL
mittelplastische Schluffe
35% ≤ wL ≤ 50%
UM
ausgeprägt plastische Schluffe
wL> 50%
UA
leicht plastische Tone
wL < 35 %
TL
mittlere
bis hohe
keine bis
langsame
leichte
mittelplastische Tone
35% ≤ wL ≤ 50%
TM
hohe
keine
mittlere
Lösslehm,
Seeton,
Beckenton
ausgeprägt plastische Tone
wL> 50%
TA
sehr hohe keine
ausgeprägte
Lauenburger
Ton, Tarras
Schluffe mit organischen Beimengungen
und organogene 1) Schluffe
35% ≤ wL ≤ 50%
OU
mittlere
langsame bis
sehr schnelle
mittlere
Seekreide,
Kieselgur,
Mutterboden
Tone mit organischen Beimengungen
und organogene 1) Tone
wL> 50%
OT
hohe
keine
ausgeprägte
Schlick, Klei,
tertiäre Kohletone
grob- bis gemischtkörnige Böden mit
Beimengungen humoser Art
OH
Beimengungen pflanzlicher Art, meist dunkle
Färbung, Modergeruch, Glühverlust bis etwa
20 % Massenanteil
Mutterboden.
Paläoboden
grob- bis gemischtkörnige Böden mit
kalkigen, kieseligen Bildungen
OK
Beimengungen pflanzlicher Art, meist helle
Färbung, leichtes Gewicht, große Porosität
Kalk-,
Tuffsand
nicht bis mäßig zersetzte Torfe (Humus)
HN
zersetzte Torfe
HZ
Mudden (Sammelbegriff für Faulschlamm, Gyttja, Dy, Sapropel)
F
Auffüllung aus natürlichen Böden; jeweiliges
Gruppensymbol in eckigen Klammern
[ ]
Auffüllung aus Fremdstoffen 2)
A
niedrige
bis
mittlere
hohe
an Ort und
Stelle
aufgewachsene Humusbildungen
langsame
keine bis langsame
keine bis
leichte
Löss,
Hochflutlehm
leichte
bis mittlere
mittlere
bis ausgeprägte
Seeton,
Beckenschluff
vulkanische
Böden, Bimsboden
Geschiebemergel,
Zersetzungsgrad 1 bis 5 nach
DIN 19682-12, faserig, holzreich, hellbraun bis braun
Zersetzungsgrad 6 bis 10 nach
DIN 19682-12, schwarz-braun
bis schwarz
unter Wasser abgesetzte (sedimentäre)
Schlamme aus Pflanzenresten, Kot und
Mikroorganismen, oft von Sand, Ton und Kalk
durchsetzt, blauschwarz oder grünlich bis
gelbbraun, gelegentlich dunkelgraubraun bis
blauschwarz, federnd weichschwammig
Niedermoor-,
Hochmoor-,
Bruchwaldtorf
Mudde, Faulschlamm
Müll, Bauschutt
Seite
E.14
Klassifikation der Böden
1)
2)
Unter Mitwirkung von Organismen gebildete Böden
Die Klassifizierung ist kein Ersatz für die abfalltechnische Bedeutung
Tabelle E09.10: Bodenklassifizierung; Gruppeneinteilung der Böden für bautechnische Zwecke
(Klassifikation der Lockergesteine)
E.10 Amerikanisches Klassifizierungssystem
International ist das amerikanische Klassifizierungssystem, das USC-System (Unified Soil Classification System) weit
verbreitet, welches 15 Bodengruppen umfasst. Dort werden andere Maschenweiten der Siebe verwendet, auch die Grenzen zwischen den Haupt-Körnungsgruppen sind gegenüber den bei uns gebräuchlichen verschoben (ASTM 1999).
Erkennungmerkmal
(nur Anteile < 76,2 mm)
Kiese
mehr als
50 % des
Grobanteils
> 4,75 mm
Grob-Böden
mehr als
50 % des
Bodens
> 0,075 mm
Sande
mehr als
50 % des
Grobanteils
< 4,75 mm
Gruppen- Typische Bezeichnung
symbol
Reine Kiese
weniger als 5 % <
0,075 mm
Kiese mit
Feinanteilen:
mehr als 12 % <
0,075 mm
Reine Sande
weniger als 5 % <
0,075 mm
Sande mit Feinanteilen
mehr als 12 % <
0,075 mm
gering plastische
Schluffe und Tone
Fließgrenze < 50 %
Fein-Böden
mehr als
50 % des
Bodens
< 0,075 mm
Ungleichförmiger Kornaufbau, weit gestuft
Vorherrschen einer Korngröße, eng gestuft
Der Feinanteil ist
schluffig
Der Feinanteil ist tonig
Ungleichförmiger Kornaufbau, weit gestuft
Vorherrschen einer Korngröße, eng gestuft
Der Feinanteil ist
schluffig
der Feinanteil ist tonig
GW
GP
GM
GC
SW
SP
SM
SC
der Feinanteil ist Schluff
ML
der Feinanteil ist Ton
CL
OL
Plastische und hochplastische
Schluffe und Tone
Fließgrenze > 50 %
Stark organische Böden
der Feinanteil ist Schluff
MH
der Feinanteil ist Ton
CH
CH
dunkle Farbe, Geruch,
schwammiges Anfühlen
fasrige Textur
PT
weit gestufter Kies und
Kies-Sand-Gemisch
eng gestufter Kies und
Kies-Sand-Gemisch
schluffige Kiese; eng gestufte
Kies-Sand-Schluff-Gemische
tonige Kiese; eng gestufte
Kies-Sand-Ton-Gemische
weit gestufte Sande und Sand-KiesGemische
eng gestufte Sande und Sand-KiesGemische
schluffige Sande; eng gestufte SandSchluff-Gemische
Tonige Sande; eng gestufte Sand-TonGemische
Schluffe und sehr feine Sande;
Gesteinsmehl, schluffige oder tonige
Feinsande mit geringer Plastizität
Tone mit geringer bis mittlerer Plastizität;
kiesige oder sandige Tone, schluffige
Tone, leicht plastische Tone
organische Schluffe und organische
Schluff-Tone mit geringer Plastizität
Schluffe und schluffige Böden mit
mittlerer bis hoher Plastizität
Tone mit sehr hoher Plastizität
organische Tone mit
mittlerer bis hoher Plastizität
Torf und andere stark organische Böden
Tabelle E10.10: Bodenklassifizierung gemäß dem "Unified Soil Classification System"
Klassifikation der Böden
Seite
E.15
E.11 Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (10/2006) und 18301 (10/2006)
Zur Verdingungsordnung für das Bauwesen (VOB) gehören Normen, die das Vertragswesen zwischen Auftraggebern
und Auftragnehmern regeln. Dabei handelt es sich um Allgemeine Technische Vertragsbedingungen (ATV DIN). Sie sind
für Vergaben öffentlicher Aufträge zwingend und stellen auch für privatrechtliche Verträge ein ausgewogenes Normativ
dar. In den zugehörigen Normen DIN VOB 18300 (Erdarbeiten), 18301 (Bohrarbeiten) und 18319 (Rohrvortrieb) sind
Bodenklassen festgelegt. Sie bieten eine Klassifikation im Hinblick auf den Aufwand beim Lösen und Laden, Bohren und
beim Vortrieb.
Bei der Unterscheidung der Felsklassen 6 und 7 kann es sehr zweckmäßig sein, die unklaren verbalen Abgrenzungen im
Bauvertrag durch einfach messbare Größen zu ergänzen. Geeignet sind z. B. die Kluftkörpergrößen. Fels mit Kluftkör3
pern > 0,1 m ist dann der Felsklasse 7 zuzuordnen. Über die Angaben in Tabelle E11.20 hinaus enthält die ZTVE-StB 97
ergänzende Angaben, die der Abgrenzung zwischen Bodenklassen dienen.
Das System der Bodenklasseneinteilungen nach DIN 18319 (Rohrvortrieb) unterscheidet sich von den hier dargestellten
Klassifikationen, um die Besonderheiten der zugehörigen Bauverfahren angemessen zu berücksichtigen. Bei den Lockergesteinen werden jedoch zusätzlich die Lagerungsdichte und die Konsistenz zur Klassifizierung herangezogen.
Oberste Schicht des Bodens, die neben anorganischen Stoffen, z.B. Kies-, Sand-, Schluff- und
Tongemischen, auch Humus und Bodenlebewesen enthält.
Fließende Bodenar- Bodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasser schwer abgeten
ben.
Leicht lösbare BoNichtbindige bis schwachbindige Sande, Kiese und Sand-Kies-Gemische mit bis zu 15 % Beidenarten
mengungen an Schluff und Ton (Korngröße kleiner als 0,06 mm) und mit höchstens 30 % Steinen
von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt 1).
Organische Bodenarten mit geringem Wassergehalt, z. B. feste Torfe.
Mittelschwer lösba- Gemische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit mehr als 15 % der Korngröße kleiner als 0,06
re Bodenarten
mm.
Bindige Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind und die höchstens 30 % Steine von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt 1)
enthalten.
Schwer lösbare
Bodenarten nach den Klassen 3 und 4, jedoch mit mehr als 30 % Steinen von über 63 mm KornBodenarten
größe bis zu 0,01 m³ Rauminhalt 1).
Nichtbindige und bindige Bodenarten mit höchstens 30 % Steinen von über 0,01 m³ bis 0,1 m³
Rauminhalt 1).
Ausgeprägt plastische Tone, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind.
Leicht lösbarer Fels Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenalt haben, jedoch stark klüftig,
und vergleichbare
brüchig, bröckelig schiefrig, weich oder verwittert sind, sowie vergleichbare feste oder verfestigte
Bodenarten
bindige oder nichtbindige Bodenarten, z. B. durch Austrocknung, Gefrieren, chemische Bindungen.
Nichtbindige und bindige Bodenarten mit mehr als 30 % Steinen von über 0,01 m³ bis 0,1 m³
Rauminhalt 2).
Schwer lösbarer
Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hohe Gefügefestigkeit
Fels
haben und die nur wenig klüftig oder verwittert sind, auch festgelagerter, unverwitterter Tonschiefer, Nagelfluhschichten, Schlackenhalden der Hüttenwerke und dergleichen.
Steine von über 0,1 m³ Rauminhalt 2).
Klasse 1: Oberboden
Klasse 2:
Klasse 3:
Klasse 4:
Klasse 5:
Klasse 6:
Klasse 7:
1)
2)
0,01 m³ Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von rund 0,3 m.
0,1 m³ Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von rund 0,6 m.
Tabelle E11.10: Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (10/2006)
Seite
E.16
Klassifikation der Böden
2.3.1 Klasse B: Boden
2.3.2 Klasse F: Fels
2.3.1.1 Klasse BN: Nichtbindige Böden, Hauptbestandteile Sand und Kies, Korngröße bis 63 mm
2.3.2.1 Klasse FV
Feinkornanteil
Klasse
bis 15%
BN 1
über 15%
BN 2
2.3.1.2 Klasse BB: Bindige Böden, Hauptbestandteile
Schluff, Ton oder Sand, Kies mit starkem Einfluss der
bindigen Anteile
undränierte
Scherfestigkeit
cu [kN/m²]
Konsistenz
Klasse
bis 20
flüssig bis breiig
BB 1
über 20 bis
200
weich bis steif
BB 2
über 200 bis
600
halbfest
BB 3
über 600
fest bis sehr fest
BB 4
Verwitterungsgrad
bis
10
cm
zersetzt
über
über
10 cm
30 cm
bis 30 cm
in Klasse BB oder BN
einzustufen
entfestigt
FV 1
angewittert
FV 2
unverwittert
2.3.1.3 Klasse BO: Organische Böden, Hauptbestandteile: Torf, Mudde und Humus
Trennflächenabstand
FV 4
FV 3
FV 5
Verwitterungsgrad und Trennflächenabstand sind gemäß
Merkblatt zur Felsbeschreibung für den Straßenbau
anzugeben.
2.3.2.2 Zusatzklassen FD: Einaxiale Festigkeit
Für die Felsklassen FV2 bis FV 6 sind die Zusatzklassen
FD ergänzend anzugeben.
Einaxiale Festigkeit [N/mm²]
Klasse
bis 20
FD 1
über 20 bis 80
FD 2
Hauptbestandteile
Klasse
über 80 bis 200
FD 3
Mudde, Humus und zersetzte
Torfe
BO 1
über 200 bis 300
FD 4
über 300
FD 5
unzersetzte Torfe
BO 2
2.3.1.4 Zusatzklasse BS: Steine und Blöcke
Kommen in Lockergesteinen Steine und Blöcke vor, so
ist die Zusatzklasse BS ergänzend zu den Abschnitten
2.3.1.1 bis 2.3.1.3 anzugeben
Korngröße
Volumenanteil Steine
und Blöcke
bis 30%
über 30%
über 63 mm bis 200 mm
(Steine)
BS 1
BS 2
über 200 mm bis 600 mm
(Blöcke)
BS 3
BS 4
FV 6
2.4 Beschreibung und Einstufung von Auffüllungen
und sonstigen Stoffen
Soweit möglich werden Auffüllungen und sonstige Stoffe,
z.B. Bauteile, Recyclingstoffe, industrielle Nebenprodukte, Abfall, nach Abschnitt 2.2 beschrieben und nach
Abschnitt 2.3 eingestuft. Ist dies nicht möglich, werden
sie im Hinblick auf ihre Eigenschaften für Bohrarbeiten
spezifisch beschrieben, z.B. nach Druckfestigkeit, Gesteinsart und -körnung, Bewehrungsanteil.
Blöcke größer 600 mm sind hinsichtlich ihrer Größe
gesondert anzugeben.
Tabelle E11.20: Bodenklassen nach DIN 18301-2006: Bohrarbeiten
E.12 Frostempfindlichkeitsklassen
Vor allem im Straßenbau spielt die Frostempfindlichkeit der Böden eine besondere Rolle. Frost führt in bindigen Böden
dazu, dass kapillar angezogenes Wasser friert und sich Eiskristalle bilden, die unter Druckausübung und Verdrängung
anwachsen. Nach dem Abtauen des Eises und unter Belastung brechen die entstandenen Hohlräume zusammen.
Nach ZTVE-StB 97 für Erdarbeiten im Straßenbau besteht folgende Klassifizierung im Hinblick auf die Frostempfindlichkeit:
Seite
E.17
Klassifikation der Böden
Frostempfindlichkeit
Kurzzeichen nach
DIN 18196 (06/2006)
F1 nicht frostempfindlich GW, GI, GE, SW, SI,
SE
F2 gering bis mittel
TA, OT, OH, OK
1)
frostempfindlich
ST, GT, SU, GU
F3 sehr frostempfindlich TL, TM, UL, UM, OU,
ST*, GT*, SU*, GU*
1)
Zu F1 gehörig bei einem Anteil an Korn < 0,063 mm von
5 % bei U >= 15 oder 15 % bei U <= 6.
Im Bereich 6 < U < 15 kann der für eine Zuordnung zu F1
zulässige Anteil an Korn < 0,063 mm linear interpoliert
werden.
Tabelle E12.10: Klassifikation der Frostempfindlichkeit von Bodenarten
E.13 Klassifizierung nach Wiederverwertbarkeit
Böden, die z.B. aus einer Baugrube ausgehoben
werden, müssen an anderer Stelle wieder eingebaut werden. Sie werden damit wiederverwertet.
Dabei ist darauf zu achten, dass anthropogen
(vom Menschen bedingt) oder natürlich in den
Boden gelangte Schadstoffe (die z.B. die Gesundheit oder die Trinkwasserqualität beeinflussen können) nicht in unzulässigem Umfang an
den Einbauort verbracht werden. Je nach Einbauort werden daher Anforderungen an die Inhaltsstoffe gemacht. Oder anders herum: Je nach
Belastung eines Bodens kann er uneingeschränkt
oder nur eingeschränkt (nutzungsbezogen) wieder eingebaut werden. Ein praktisch unbelasteter
Boden kann im Hinblick auf diesen Gesichtspunkt
überall wiederverwendet werden, ein stark belasteter Boden darf nur an Stellen wiedereingebaut
werden, wo er keinen Schaden anrichten kann.
Eventuell muss er vor einer Wiederverwendung
besonders behandelt werden (Reinigung durch
Bakterien, thermische Behandlung, Einmischen
von Bindemitteln). Die entsprechende Qualifizierung eines Aushubmaterials ist daher von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung für ein Bauvorhaben mit Aushubarbeiten.
Parameter
Zuordnungswerte (mg/kg)
Z0
Z 1.1
Z 1.2
Z2
pH-Wert 1)
EOX
Kohlenwasserstoffe
5,5-8
1
100
5,5-8
3
300
5-9
10
500
Σ BTEX
Σ LHKW
Σ PAK n. EPA
Σ PCB (Congenere nach DIN 51527)
Arsen
Blei
<1
<1
1
0,02
20
100
1
1
52)
0,1
30
200
3
3
153)
0,5
50
300
Cadmium
Chrom (ges.)
Kupfer
Nickel
Quecksilber
Thallium
Zink
0,6
50
40
40
0,3
0,5
120
1
100
100
100
1
1
300
3
200
200
200
3
3
500
1
10
30
Cyanide (ges.)
1)
2)
3)
-15
100
0
5
5
20
1
150
100
0
10
600
600
600
10
10
150
0
100
Niedrigere pH-Werte stellen allein kein Auschlusskriterium dar. Bei
Überschreitungen ist die Ursache zu prüfen.
Einzelwerte für Naphtalin und Benzo-[a]-Pyren jeweils kleiner als 0,5.
Einzelwerte für Naphtalin und Benzo-[a]-Pyren jeweils kleiner 1,0.
Die Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) hat
dazu eine Klassifizierung mit Hilfe von ZuordTabelle E13.10: Zuordnungswerte Feststoff für Boden
nungswerten erarbeitet. Es sind Zuordnungswerte
Z0, Z1, ..., Z5 anhand der Schadstoffe im Feststoff und im Eluat (Wasser, welches im Kontakt mit dem Boden Schadstoffe aufnehmen konnte) festgelegt, die die Wiederverwertbarkeit steuern: Belastungen unterhalb der Zuordnungswerte Z0 erlauben uneingeschränkten Einbau, unterhalb Z2 einen eingeschränkten Einbau und Böden mit Schadstoffzuordnungen oberhalb Z2 müssen in speziell geeigneten Deponien eingebaut oder abgelagert werden.
Als Beispiel sind die Zuordnungswerte, die bei Boden-Feststoffen anzuwenden sind, in Tabelle E13.10 aufgeführt.
Klassifikation der Böden
Seite
E.18
E.14 Schrifttum
ASTM (1999) Annual Book of ASTM Standards; Volume 4.08: Soil and Rock (I), D 2487-98
DIN 4022-1 (09/1987), DIN EN ISO 14688-1 (01/2007), DIN EN ISO 14689-1 (04/2004), DIN 18300 (10/2006),
DIN 18301 (10/2006), DIN 18319 (12/2000)
EICHLER, K. (2000): Fels- und Tunnelbau – 352 S., Expert-Verlag (Renningen-Malmsheim)
FLOSS, R. (1997): ZTVE – StB 94, Kommentar mit Kompendium Erd- und Felsbau, Kirschbaum Verlag, Bonn
KRABBE, W.(1958): Über die Schrumpfung bindiger Böden. Mitteilung der Hannoverschen Versuchsanstalt für Grundbau
und Wasserbau. Eigenverlag
LAGA (1997): Mitteilungen der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall Nr. 20, Anforderungen an die stoffliche Verwertung von
mineralischen Reststoffen / Abfällen - Technische Regeln - , Erich Schmidt Verlag.
SCHEIDIG (1967) in SCHULTZE, E. & MUHS, H. (1967): Bodenuntersuchungen für Ingenieurbauten. Springer-Verlag,
Berlin, Heidelberg, New York.
SMOLTCZYK, U. (1972): Keupermechanik. Vorträge Baugrundtagung, S. 407 - 420.