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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau

AK - K1 / 2005-05 Folie-Nr. 1

Laborversuche an BodenprobenErmittlung von Bodenkenngrößen

Baugrundaufschlüsse Planung, Ausschreibung, Durchführung und Überwachung

23. bis 25. Mai 2005

Dr.- Ing. Elfriede Ott, K1 BAW-DH


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Laborversuche ⇔ BindegliedErmittlung und Beschreibung der maßgebenden

Eigenschaften und Eingangsparameter fürrechnerische Nachweise

Einführung - Klassifikation - Charakterisierung - Festigkeit - Verformung - geohydraulische Eigenschaft

Material Boden Geotechnische Berechnungen


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•Ziel: Das mechanische Verhalten der Böden beschreiben und prognostizieren

• Klassifikation• Charakterisierung des Zustandes• Bestimmung der Festigkeitseigenschaften• Bestimmung der Verformungseigenschaften• Bestimmung der geohydraulischen Eigenschaften

•Vorgehensweise:


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Klassifikation : Systematisierung und Gruppenbildung

Nachteil: das beste Klassifikationssystem löst kein Baugrundproblem

Klassifikationssysteme in der Bodenmechanik

• Bodengruppen mit gleichen Eigenschaften

• möglichst einheitliche Verwendung von Begriffen

• schnelle Gruppenbildung aufgrund einfacher Versuche

Vorteile:

• DIN 40 22 Benennen und Beschreiben von Boden und Fels

• DIN 18 196 Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke

• DIN 18 300 und DIN 18 311 Verdingungsordnung für BauleistungenErdbau und Nassbaggerarbeiten


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Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123Siebung bei nichtbindigen Böden

0,063 mm 0,25 mm0,125 mm

1 mm

16 mm

0,5 mm

2 mm

4 mm8 mm

> 0,063 mm

Siebmaschine

Korngemisch

Siebmaschine, Korngemisch und Siebrückstände


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Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123Siebung bei nichtbindigen Böden


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Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123

Sedimentation bei bindigen Böden

Aufbereitung Sedimentation Aräometer


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Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123Sedimentation bei bindigen Böden


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Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18 123Sedimentation bei bindigen Böden


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Ergebnisse aus Siebung und Sedimentation werden als Körnungslinie im Körnungsdiagramm aufgetragen

• Ungleichförmigkeitszahl

10

60

ddU =

Steilheit der Kurve

• Krümmungszahl

( )1060

230

dddCC ⋅

=

Verlauf der Kurved60

d10 d30


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B e n e n n u n g U < 3 U ≥ 3D [ - ] D [ - ]

lo c k e r 0 - 0 ,3 0 0 - 0 ,4 5m it te ld ic h t 0 ,3 0 - 0 ,5 0 0 ,4 5 - 0 ,6 5d ic h t 0 ,5 0 - 0 ,6 5 0 ,6 5 - 0 ,7 5s e h r d ic h t 0 ,6 5 - 1 ,0 0 0 ,7 5 - 1 ,0 0


Bestimmung der lockersten und dichtesten Lagerung fürnichtbindige Böden nach DIN 18 126

Ie ee eD =

−−

max

max min=

−⋅ −

max ( min )(max min )ρ ρ ρ

ρ ρ ρd d d

d d d

[1]

Bezogene Lagerungsdichte


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Bestimmung der Zustandsgrenzen für bindige Böden DIN 18 122

• Fließgrenze wLWassergehalt an der Grenze von derflüssigen zur bildsamen Zustandsform


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• Ausrollgrenze wPWassergehalt an der Grenze von derbildsamen zur halbfesten Zustandsform


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• Ausrollgrenze wPWassergehalt an der Grenze von derbildsamen zur halbfesten Zustandsform

• Schrumpfgrenze wSWassergehalt an der Grenze von derhalbfesten zur festen Zustandsform


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• leicht plastisch wL ≤ 35 %Plastizität

SU

TL TM TA

UA, OT

OU, UM

ULST

• ausgeprägt plastisch wL > 50

• mittel plastisch 35 < wL ≤ 50 %

A-Linie [ IP= 0,73(wL-20) ]


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ManuellePrüfmethoden

Taschen-penetrometer

cu [kN/m²]

Benennung derKonsistenz

Boden, der zwischen den Fingernhindurchquillt, wenn er in der Handgedrückt wird

< 6 breiig

Boden, bei dem sich die Faust eindrü-cken lässt

6 - 20 sehr weich

Boden, bei dem sich der Finger ein-drücken lässt

20 - 60 weich

Verformung nur durch Daumendruck 60 - 200 steif

Eindruck nur über Daumennagel 200 - 600 halbfest

Boden, der durch den Daumennagelgeritzt werden kann

> 600 fest


Bestimmung der Anfangsscherfestigkeit cU und der Konsistenz

• Korrelationen aus Erfahrungswerten der BAW

PL

LC ww

wwIzahlKonsistenz−−

=

• weitere Kenngrößen aus DIN18196

CP

PL I

IwwIszahlLiquidität −=

−= 1

dT

PA mm

IIzahlAktivitäts−

=

• Taschenpenetrometer


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Scherfestigkeit - Allgemeines


τ σ ϕf c= ⋅ +' tan ' '

Mohr-Coulomb´sche Bruchbedingung


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0 100 200 300 400Normalspannung [kPa]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450Schubspannung [kPa]

0 2 4 6 8 10 12 140

50

100

150

200

250

30079 kPa79 kPa105 kPa155 kPa205 kPa255 kPa

Probleme des Direkten Scherversuchs:• Nicht wirksame Normalspannung• Schergeschwindigkeit• Zwangsscherfuge• Spannungszustand nicht bekannt


Scherfestigkeit - Direkter Scherversuch


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Scherfestigkeit - Triaxialversuch

Schemaskizze Standardtriaxialzellebodenmechanisches Labor

BAW - DH

Ergebnisplot


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Probekörper und Zelle nach Beendigung des Versuches

3 Probekörper einer Versuchsserie nach dem Ausbau mit Bruchfuge


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• D-Versuch (Dränierter Versuch mit ∆u = 0)



Versuchsarten

• CU-Versuch (∆u ≠ 0). Porenwasserdruckmessung erforderlich

• UU-Versuch (Undränierter Unkonsolidierter Versuch mit ∆u ≠ 0)


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Verformungsverhalten - KD Versuch nach DIN 18 135 (Entwurf)

Schemaskizze

KD - Zelle

KD - Stand bodenmechanisches Labor

BAW - DH


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Verformungsverhalten - KD Versuch nach DIN 18 135 (Entwurf)

Auswertung der Ergebnisse


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