|
Themengruppe: Ingenieurgeologische Methoden, Rutschungen |
|
Ergebnisbericht über die Anwendbarkeit von unterschiedlichen geophysikalischen Oberflächenverfahren auf einem Versuchserdkörper
Dipl -Ing. Ulrich Wilden, Rheinbraun AG, Köln, Dipl.-Ing. Jürgen Becker, Rheinbraun AG; Köln
Die meist bei Baugrunduntersuchungen angewendete Bohr- und Sondiertechnik (Kleinbohrgeräte) liefert punktförmige Aufschlüsse über die Beschaffenheit des Bodens. Um aus diesen Einzelaufschlüssen eine profilmäßige oder sogar räumliche Aussage für bestimmte Aufgabenstellungen zu erhalten, muss zwischen den Aufschlüssen eine Abschätzung des möglichen Bodenprofilverlaufes vorgenommen werden. Bei zu großen Punktabständen können begrenzte Einschlüsse übersehen werden. Dagegen liefern die geophysikalischen Oberflächen-Verfahren einen lückenlosen profilmäßigen/räumlichen Baugrundaufschluss. Es wurde von Rheinbraun auf dem derzeitigen Entwicklungsstand dieser Verfahren eine Untersuchung über die Anwendbarkeit für verschiedene Aufgabenstellungen durchgeführt. Für diese Untersuchung wurde im Tagebau Inden ein 25 m x 50 m großer und 2,5 m hoher Erdkörper mit einer definierten Zusammensetzung hergestellt, um Lockergesteinsaufbau, stark einfallende Schichten, Einlagerungen und Hohlräume mit geophysikalischen Oberflächen-Verfahren zu erkunden. An diesem Erdkörper wurden die geophysikalischen Oberflächen-Verfahren Georadar, Geoelektrik, Elektromagnetik, Mikrogravimetrie, Refraktionstomographie und Geomagnetik durch Beauftragung von Fachfirmen getestet. Die Auswertung der Ergebnisse der Fachfirmen ergab folgendes: Die Verfahren Georadar, Geomagnetik, Mikrogravimetrie und Refraktionstomographie eignen sich zur Erfassung der als Versuchskörper aufgebrachten Lockergesteine nur bedingt. Für die vorgegebenen Aufgabenstellungen zeigten die Verfahren Geoelektrik und Elektromagnetik die besten Ergebnisse. Die Angaben über Schichtenaufbau und Schichtenverlauf aus den geophysikalischen Ergebnissen sind für eine bei Rheinbraun übliche Baugrundbetrachtung aber noch nicht exakt genug, da die erzielten Genauigkeiten bezüglich der Schichtmächtigkeiten nur im Dezimeterbereich liegen. Weiterhin ist die Auflösung der Bodenzusammensetzungen nicht befriedigend. Weitere Versuche in der Praxis mit den Verfahren Geoelektrik und Elektromagnetik sollen nun zeigen, ob durch zusätzliche, sog. Stützbohrungen (Einzelpunktaufschlüsse) eine höhere, für die Praxis akzeptable Genauigkeit erzielt werden kann und zu einer Optimierung der Ergebnisse und nicht zuletzt der Untersuchungskosten führen. |
|||
|
Spannungs- und Verformungscharakteristik von Bergematerial unter hohen Auflasten
Dipl.-Ing. Cordula Seppelfricke, Geotechnisches Büro Prof.
Dr.- Ing. H.Düllmann, Neuenhofstr. 112, 52078 Aachen Aufgabenstellung Im Rahmen der Machbarkeitsuntersuchung für einen Deponiestandort waren gesicherte Aussagen über die Tragfähigkeit von Bergematerial unter hohen Auflasten ( 1.200 kN/m2) zu treffen. Zur Bearbeitung dieser Aufgabenstellung wurden vom Geotechnischen Büro Prof. Düllmann auf Grundlage einer Literaturrecherche umfangreiche Feld- und Laborversuche durchgeführt. Parallel zu den Untersuchungen des Geotechnischen Büros erfolgten vom Geologischen Landesamt (GLA NRW) Setzungsmessungen bei einem Belastungsgroßversuch, deren Ergebnisse mit den ausgewerteten Laborversuchen verglichen wurden.
Felduntersuchungen Die Felduntersuchungen wurden an drei 12 - 24 Jahre alten Bergematerialverfüllungen durchgeführt. Das Untersuchungsprogramm umfasste durchgängig gekernte Bohrungen und Schwere Rammsondierungen (SRS).
Laborversuche Nach der Bestimmung von Dichte und Kornverteilung lag der Schwerpunkt der Laborversuche in der Ermittlung der Spannungs- und Verformungscharakteristik von Bergematerial unter hohen Auflasten, da hierzu bisher noch keine vergleichbaren Untersuchungen vorlagen. Die Versuche erfolgten an unterschiedlich vorverdichteten Proben mit den Abmessungen (Durchmesser D = 60 cm und Höhe H = 30 cm) im Großödometer. Ziel der Versuche war die Darstellung des lastabhängigen Zusammendrückungsverhaltens unter Berücksichtigung des Grades der Vorverdichtung (ausgedrückt in % der Verdichtungsarbeit des Proctorversuchs APr) und die Ableitung von maßgebenden Steifemoduln Es nach dem Ansatz von Ohde (Es = v 'w).
Auswertung Die Lagerungsdichten der einige Jahre alten, technisch nicht verdichteten Bergematerialschüttungen können mit den Dichten verglichen werden, die mit 10 - 25 % der Verdichtungsarbeit nach Proctor zu erzielen sind. Mit technischen Mitteln unter bzw. über Wasser verdichtete Schüttungen können näherungsweise Dichten erreichen, die einem Wert von 75 bzw. 100 % APr entsprechen. Die Auswertung zeigt, dass die Steifemoduln von Bergematerial im wesentlichen von der Ausgangsdichte und von der Auflastspannung abhängen. Die Ergebnisse der Laborversuche für den niedrigen Spannungsbereich stimmen gut mit den Auswertungen des GLAs für den Belastungsgroßversuch überein. Für Spannungsbereich bis = 1.500 kN/m2 wurden Steifemoduln in der Größenordnung von ES = 7,5 - 17,5 MN/m2 ermittelt, die deutlich geringer als die bisher in der Literatur angegebenen Werte sind. |
|||
|
Bohrloch- und Bohrkerninstabilitäten als Indikatoren des regionalen Spannungszustandes
Thomas Röckel und Christof Lempp, Institut für Geologische
Wissenschaften und Geiseltalmuseum, Martin-Luther-Universität
Halle-Wittenberg, Domstraße 5, 06108 Halle/S. Erscheinungen von Bohrkern- oder Bohrlochinstabilitäten können indirekte Hinweise auf den Spannungszustand geben. Diese Hinweise können auch nach Beendigung von Bohrarbeiten noch untersucht werden, selbst wenn die Bohrung nicht mehr zugänglich ist. Neben den Bohrlochrandausbrüchen (breakouts) haben sich die bohrtechnisch induzierten Risse in den Bohrlochwänden als besonders aussagekräftige Spannungsindikatoren herausgestellt. ,Core Disking-Strukturen" und ,Centerline Fractures" sind ebenfalls spannungsfeldbezogen interpretierbare Phänomene der Bohrkerninstabilität. Vergleiche auf der Datenbasis KTB haben die genannten Spannungsindikatoren zu einem Instrument für eine quantitative Spannungsabschätzung gemacht. Im Rahmen ingenieurgeologischer Einschätzungen des Spannungsfeldes in einer Region, können diese Indikatoren tragfähige Hinweise auf Besonderheiten geben, bevor relativ aufwendige Spannungsmessverfahren eingesetzt werden. Baumaßnahmen in größeren Teufen werden in Zukunft eine zunehmende Rolle spielen. Neben tiefliegenden Kavernen werden insbesondere bei tiefliegenden Tunnelbauwerken (z. B. Gotthard-Basistunnel) Kenntnisse von Gebirgsspannungen in Relation zu den Gebirgs- und Gesteinsfestigkeiten sowie deren Bruchverhalten für die Planung notwendig sein. Diese Kenntnisse sind mit diesem methodischen Ansatz vor der Tunnelauffahrung zunächst auch aufgrund von Erkundungsbohrungen zu gewinnen. In Erkundungsbohrungen für Bauvorhaben im untertägigen Hohlraumbau oder ähnlichen, in relativ großer Tiefe gelegenen Bauwerken kann zunächst der Betrag der Vertikalspannung bestimmt werden, wenn er konventionell aus der überlagernden Gesteinssäule errechnet wird. Der Betrag der maximalen horizontalen Hauptspannung ist dagegen nur schwierig zu bestimmen, denn zu seiner Berechnung sind eine Reihe von theoretischen Annahmen nötig. Die Beträge der minimalen Horizontalspannung können aus Hydraulic-Fracturing-Versuchen, Leakoff-Tests beim Bohren sowie aus der Auswertung bohrtechnischer Daten im Zusammenhang mit massiven Bohrspülungsverlusten bestimmt werden. Soweit Centerline Fractures vorhanden sind, ist dies ein Hinweis auf niedrige Beträge der minimalen Horizontalspannung Sh. Treten zusammen mit Centerline Fractures auch Spülungsverluste beim Bohren auf, oder sind Verluste beim Zementieren der Verrohrungen dokumentiert, so ergeben sich Hinweise auf den Betrag der minimalen horizontalen Hauptspannung Sh.
Mit dieser Methode werden die Wirkungen des äußeren
Spannungsfeldes auf die Stabilität und das Bruchverhalten
des Gebirges im unmittelbaren Umfeld einer Bohrung im Festgestein
analysiert und zur Spannungsfeldinterpretation genutzt. Es werden
die wichtigsten Bruchphänomene beschrieben und spannungsmäßig
interpretiert. |
|||
|
Dränfähige Stabilisierungsinjektionen
Dipl.-Geol. Harald Vogel, FG Ingenieurgeologie, Geologisch-Paläont. Institut TU Darmstadt
Natürliche Sickerwasserbewegungen oder auch Wasseraustritte aus defekten Kanalleitungen verursachen häufig Erosions- und Suffosionsvorgänge innerhalb von Lockergesteinsschichten. Werden diese von verkarstetem oder geklüftetem Festgestein unterlagert, so kommt es häufig zu einer Massenverlagerung aus den Deckschichten in den tieferen Untergrund. Diese Vorgänge können sowohl schleichend als auch schlagartig erfolgen und zu Bodendeformationen (Sackungen, Erdfälle) führen. Besonders in Gegenwart einer historischen Bebauung - die häufig in einem quasistabilen Gleichgewichtszustand vorliegt - können solche Bodendeformationen zu schwerwiegenden Schädigungen der Bausubstanz führen. Die bisher zur Verbesserung der Tragfähigkeit des Baugrundes durchgeführten Maßnahmen (Pfähle, HDI, Injektionen) sind nicht in jedem Fall geeignet, da sie zum einen nicht als besonders bauwerkschonend angesehen werden können, zum anderen den behandelten Bodenbereich zumeist vollständig abdichten (z. B. bei HDI oder Injektionsverfahren) und dadurch die ursprünglichen hydraulischen Verhältnisse nachhaltig verändern. Dies kann zur Veränderung der Strömungsverhältnisse und/oder zum Aufstau von Grund- und Sickerwässern an den abgedichteten Bodenbereichen führen. Die Folgen können Stabilitätsprobleme infolge einer Verlagerung der Erosions- und Suffosionsvorgänge an andere Stellen oder Konsistenzänderungen setzungsempfindlicher Schichten durch den Grundwasseranstieg sein. Kommen zudem Bauwerksfundamente mit aufgestauten Grundwässern in Kontakt, so können Schäden durch aufsteigende Feuchtigkeit ausgelöst werden. Vor diesem Hintergrund wurde am Institut für Boden- und Felsmechanik der Universität Karlsruhe ein Injektionsverfahren entwickelt (sog. DRÄNSTAB-Injektionsverfahren), das es erlaubt, erosions- und suffosionsgefährdete Bodenbereiche zu stabilisieren, ohne die behandelten Schichten vollständig abzudichten. Das Verfahren, das die natürlichen hydraulischen Verhältnisse in weitaus geringerem Umfang stört als andere Verfahren und das als Alternative zu den gängigen Stabilisierungsverfahren angesehen wird, basiert auf dem bekannten Joosten-Verfahren. Es bewirkt eine Verstärkung der Korn-zu-Korn-Kontakte ohne den Porenraum vollständig zu verfüllen. Es setzt sich aus mehreren Schritten zusammen, über die im einzelnen berichtet wird. Als Ergebnis wird eine Erhöhung der Festigkeit durch Verstärkung der Korn-zu-Korn-Kontakte erreicht, wodurch Erosions- und Suffosionsvorgänge unterbunden werden. Zudem werden aufgrund der nur mäßiger Verringerung der Durchlässigkeit des behandelten Bodenbereiches die hydraulischen Verhältnisse in geringerem Umfang gestört als durch die bisher üblichen Verfahren.
|
|||
|
Zur Untersuchung von Bruch- und Senkungsrisiken mittels Fernerkundung
Friedrich Kühn, Gisela Trembich und Bernhard Hörig
Im Rahmen eines von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geförderten Forschungsprojektes wurden Untersuchungen zur Erkennung instabiler Geländebereiche mit Hilfe von flugzeug- und satellitengestützten Erkundungsverfahren durchgeführt. Die Untersuchungen dienten der Erprobung und methodischen Weiterentwicklung von Verfahren für die Früherkennung von Bruch- und Senkungsrisiken über ehemaligem Untertagebergbau. Sie erfolgten am Beispiel eines repräsentativen Testgebietes im Raum Staßfurt (Sachsen-Anhalt). Die heutige Oberfläche des Testgebietes wird durch den seit mehr als hundert Jahren umgehenden Kali- und Braunkohlenbergbau und dessen Folgeschäden geprägt. Braunkohle wurde im Untertagebergbau bis in die fünfziger Jahre abgebaut. Große Teile der ehemaligen Braunkohlengruben wurden ohne Versatz geschlossen, was zu flächenhaften Geländeabsenkungen führt. Kalibergbau fand zwischen 1856 und 1972 statt. Die ehemaligen Kaliabbaukammern sind größtenteils geflutet worden. In der Folgezeit haben sekundäre Lösungsprozesse im Zechsteinsalinar zur Auslaugung weiterer Hohlräume geführt. Über den gefluteten Kaliabbaukammern ereigneten sich im Mai 1975 und im April 1998 größere Tagesbrüche. Im Untersuchungsgebiet wurden Multisensortechnologien unter Nutzung eines breiten Kreises von flugzeug- und satellitengestützten Aufnahmesystemen erprobt. Folgende methodische Ansätze erwiesen sich für die Lokalisierung potentiell bruch- und senkungsgefährdeter Geländebereiche als geeignet:
|
|||
|
Zur Anwendung geostatischer Modellierung in der Ingenieurgeologie
Univ. Prof. Dr. J. Tiedemann Dipl.-Geol. O. Marinoni, Fachgebiet Ingenieurgeologie, TU Berlin
Zu den elementaren Aufgaben der Ingenieurgeologie gehört die Transformation von geowissenschaftlichen Beschreibungen des Untergrundes in anwendungsbezogene Modelle, die an die technischen und formalen Verfahren und Regeln des Ingenieurwesens angebunden werden können. Die eigentliche Problematik dieses Vorganges besteht in seiner Subjektivität, wenn z. B. mehrere Bohrungen in Schnittkonstruktionen miteinander zu verbinden sind und Schichten mit intern wechselnder Zusammensetzung oder Verwitterungsintensität Rechenwerte oder Bodenklassen zugeordnet werden müssen. Liegen viele Informationen über den betreffenden Untergrund vor, wird die mögliche Bandbreite der Modellierungen mit ihren Auswirkungen auf Sicherheiten und Kosten besser erkennbar, ohne dass jedoch konkrete Aussagen über die Repräsentanz des Modells im ganzen darzustellenden Raum getroffen werden können. Besonders wichtig in diesem Zusammenhang ist die ,innere Konsistenz" der Modelle, die daran zu messen ist, ob sich geometrische, mechanische und andere Angaben auf demselben Repräsentanz-Niveau befinden. Entsprechende Fortschritte bei der ingenieurgeologischen Modellierung sind mittels Geostatistik möglich, die erst durch die fortgeschrittene Rechnerentwicklung rationell anwendbar geworden ist. Am Fachgebiet Ingenieurgeologie der TU Berlin werden Verfahren zur Untergrundmodellierung mittels Geostatistik seit etwa 2 Jahren entwickelt. Über die bisher vorliegenden Erfahrungen und Perspektiven wird berichtet.
|
|||
|
Realisierung und Einsatzmöglichkeiten des
Baugeologisch-Geotechnischen
Informationssystems BAGIS
B. Kesper, D.P.F. Möller, TU Clausthal, Inst. f. Informatik,
G. Reik, C., Zemke, TU Clausthal, Inst. f. Geologie u. Paläontologie,
Abt. Ingenieurgeologie Die sichere, wirtschaftliche, ökologische und effiziente Durchführung moderner Bauprojekte erfordert die ständige Überwachung und Steuerung aller baulichen Maßnahmen auf der Grundlage der Planungsdaten. Alle baubeteiligten Firmen, Behörden und Institutionen müssen zeitnah und umfassend über den aktuellen Fortschritt der Arbeiten in Abgleich mit der Planung informiert werden. Hierzu ist die gesamtheitliche Verwaltung, Analyse und Dokumentation der anfallenden geologischen, bautechnischen und baubetrieblichen Informationen in einem integrierten System von besonderer Bedeutung. Daher wird im Rahmen eines Forschungsprojektes ein Baugeologisch-Geotechnisches Informationssystem (BAGIS) entwickelt, um
Auf der Grundlage einer umfassenden Analyse des sozio-technischen Systems eines Bauprojekten ist ein abstraktes Modell der realen Anwendung und aller relevanten Daten und Prozesse entwickelt worden, das je nach speziellem Anwendungsfall modular erweitert werden kann. Auf diese Informationsbasis wurde ein Virtual Reality System zur realitätsnahen dreidimensionalen Visualisierung des Raummodells aufgesetzt. Dieses ermöglicht dem Anwender die freie Bewegung im virtuellen Raum bei gleichzeitiger Interaktion mit dem Modell und den zugeordneten thematischen (geologische Informationen, Produktbezeichnungen, Messwerte, Dokumente, Pläne), bildlichen und multimedialen Informationen. Somit sind alle relevanten Informationen des Systems am Objekt zeitnah verfügbar. Die Bedienoberfläche von BAGIS wurde speziell auf die anwendungsspezifischen Anforderungen ausgelegt und integriert Verfahren zur semi-automatischen Generierung des geologischen Modells auf der Basis eingegebener Bohrungen, Messungen und am Bildschirm digitalisierter Schnitte. Die Dateneingabe wurde weitestmöglich vereinfacht und gewährleistet, dass Bedienungsfehler, falsche Interpretationen dargestellter Systemzustände oder zeitaufwendige Eingabeverfahren als kritische Verzögerungspunkte ausgeschlossen werden. Eingegebene Daten können automatisch in Form von Bohrprotokollen, Messwertdiagrammen oder statistischen Analysen ausgewertet werden und erleichtern somit die Überwachung und Dokumentation des Baufortschritts.
|
|||
|
Spezielle Probleme bei einer Felssicherung für ein denkmalgeschütztes Bauwerk im Rheinischen Schiefergebirge
Heitfeld, K.-H., Heitfeld, M., Mordieck, P. & Rosner, P. Ingenieurbüro Heitfeld-Schetelig GmbH, Preusweg 74, D-52074 Aachen
Im Bergischen Land wurde 1997/1998 ein Zentrallager einer Großmarktkette errichtet. Zur Erweiterung der Nutzflächen wurden die Felsböschungen versteilt und teilweise bis an die vorhandene Bebauung (Bundesstraße B51, denkmalgeschütztes Bauwerk) zurückversetzt. Aufgrund der beengten räumlichen Verhältnisse mußte unterhalb des denkmalgeschützten Schulbauwerkes eine ca. 20hohe, steile Felsböschung angelegt werden. Die Böschungen verlaufen etwa parallel zur variszisch streichenden Schichtung; die anstehenden devonischen Tonschiefer fallen überwiegend flach in die Böschung hinein ein. Im Hinblick auf die Standsicherheit war die kritische Böschungsneigung im wesentlichen durch das Einfallen der steilen, etwa böschungsparallelen Schieferung vorgegeben. In Oberflächennähe mußte eine verstärkte Auflockerung berücksichtigt werden. Der unterhalb des denkmalgeschützten Schulbauwerkes zu sichernde Bereich ist durch teilweise stärkere Zerklüftung und Verwitterung gekennzeichnet und wird von einer größeren Störungszone durchzogen. Der vorliegende Beitrag schildert die aus den speziellen ingenieurgeologisch-felsmechanischen Verhältnissen resultierenden Probleme, die durchgeführten Untersuchungen, die während der Baudurchführung aufgetretenen Schwierigkeiten und die den unterschiedlichen örtlichen Verhältnissen angepassten Sicherungsmaßnahmen. Dabei wird auch auf die problematischen Auswirkungen eines enormen Kostendruckes für die Gesamtbaumaßnahme auf die Ausführung der Sicherungsmaßnahmen eingegangen. Eine fachtechnische Begleitung der Maßnahmen aus ingenieurgeologischer Sicht war nur eingeschränkt möglich. In mehreren Böschungsbereichen lagen zwischenzeitlich kritische Bauzustände vor. Die Hauptböschungsbereiche abseits des denkmalgeschützten Schulgebäudes wurden ohne zusätzliche Felssicherungsmaßnahmen belassen; örtliche Nachbrüche wurden hier vom Bauherrn zugelassen. |
|||
|
Die Erfassung von Inhomogenitäten und Instabilitäten an Tonsteinhängen Süddeutschlands
K. Rentschler, Geologen und Ingenieure W. Blumenthal & Dr. H. Schoger, Bulmannstr. 32, 90459 Nürnberg M. Moser, Lehrstuhl für Angewandte Geologie, Universität Erlangen-Nürnberg, Schloßgarten 5, 91054 Erlangen
Die jurassischen Tonsteinhänge Süddeutschlands stellen aufgrund ihres inhomogenen Aufbaus und ihrer geotechnischen Eigenschaften einen bekannt schwierigen Baugrund dar. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das System der veränderlichfesten Gesteine (Opalinuston und Ornatenton) inklusive der meist schwachbindigen Lockergesteinsdecke die verschiedensten Hanginstabilitäten von Kriecherscheinungen bis hin zu spontanen Brucherscheinungen zeigt. Besonders vom geowissenschaftlichen und hier speziell vom morphologischen Standpunkt aus wird diesen Serien seit geraumer Zeit eine besondere Aufmerksamkeit besonders hinsichtlich der Massenbewegungen und Instabilitäten gewidmet. Wenig befriedigend und äußerst sparsam sind die Mitteilungen, die die Instabilitätsformen solcher Hänge in ihrer Gesamtheit beschreiben, angefangen von der Phänomenologie über die festigkeitsmechanischen Eigenschaften der Tonsteine bis hin zu einem quantitativen Bewegungsbild in die Tiefe über einen längeren Zeitraum. Besonders Untersuchungen zu letztgenannter Gegebenheit in Zusammenhang mit den übrigen Parametern werden uns erst Aussagen über den Bewegungsmechanismus von Tonsteinhängen in den verschiedenen Verwitterungsgraden erlauben. Im speziellen betreffen die Untersuchungen verschiedene Hangbereiche der Frankenalb, an denen die geotechnischen und kinematischen Verhältnisse dieses vielschichtigen Systems näher beleuchtet werden konnten. Bestandsaufnahmen der Hangbewegungen und der lokalen geotechnischen Konstellationen erfolgten durch Kartierung sowie durch bis zu 30 m tiefe Kernbohrungen. Bodenphysikalische, -mechanische und chemische Kennwerte der Tonsteine in ihren verschiedenen Verwitterungsstufen wurden an den Bohrkernen ermittelt. Zur Erfassung externer Faktoren und der Kinematik wurden Deformation, Porenwasserdruck und Niederschlag vor Ort gemessen. Durch den Einsatz elektronischer Datensammler konnten diese Parameter an zwei Lokalitäten kontinuierlich erfasst werden. Die Untersuchungsergebnisse geben Hinweise auf die Lage und Ausbildung möglicher Gleitflächen in Bezug auf das Verwitterungsprofil der Tonsteine. Messungen von Deformation, Niederschlag und Porenwasserdruck zeigen den Einfluss externer Faktoren auf die Kinematik der Hangbewegungen. Entsprechend der hydrogeologischen und geotechnischen Gegebenheiten unterliegen die beobachteten Hangbewegungstypen in unterschiedlichem Maße saisonalen Schwankungen oder werden durch einzelne Niederschlagsereignissse getriggert. Die Erfassung der mechanischen Eigenschaften der Tonsteine in den verschiedenen Verwitterungsstufen, die Messung der horizontalen Bewegungskomponenten und die Untersuchung externer Einflüsse auf die Kinematik und den Bewegungsmechanismus werden uns eine bautechnische Einordnung in ein Kriechhangspektrum erlauben. |
|||
|
Sanierung einer anthropogen ausgelösten Hangrutschung in Sinzig/Rhein
F. Oberländer, Martinstr. 13b, 40668 Meerbusch, K. Kliesch , Arcadis Trischler und Partner GmbH, Berliner Allee, 64295 Darmstadt, Ch. Jahnel & M. Bauer , Geologisches Landesamt Rheinland-Pfalz, Emy-Roeder-Str. 5, 55129 Mainz.
Im Herbst 1996 wurde in Sinzig/Bad Bodendorf (Ldkr. Ahrweiler/Rheinland-Pfalz) eine Baugrube für ein Mehrfamilienhaus ausgehoben. Die Baustelle befand sich in einem bereits bebauten Hang mit einer Neigung von ca. 30 bis 40. Die Baugrubenwände wurden mit 60 bis 70, teilweise nahezu senkrecht, zu steil und die bergseitige Böschung mit ca. 13Höhe zu hoch angelegt und nur unzureichend gesichert. Im März 1997 ereignete sich noch in der Rohbauphase des Gebäudes eine Rutschung, bei der ca. 10 000 m3 Bodenmaterial in Bewegung kamen. Das westlich der Baugrube gelegene Wohngebäude wurde daraufhin evakuiert. Östlich der Baugrube wurde eine Stützmauer durch die Rutschung ausgelenkt und gegen die Wandscheiben des talseitig befindlichen Hauses abgesprießt. Um auch für dieses Gebäude einen eventuellen Evakuierungszeitpunkt festlegen zu können, wurde ein geodätisches Messpunktnetz im Bereich der Rutschung angelegt und zunächst täglich überwacht. Einzelne Punkte bewegten sich innerhalb eines Jahres bis zu 13 cm. Die Erkundungsmaßnahmen für die Sanierung, Bohr- und Rammsondierungen sowie geoelektrische und refraktionsseismische Untersuchungen ergaben folgendes geologisch-geotechnisches Bild: Über wechsellagernden, tiefgründig verwitterten, devonischen Tonschluff- und Sandsteinen folgt eine Schicht aus Gehängeschutt/Gehängelehm, die ihrerseits von einer bis zu 8mächtigen Lage von Löß und Lößlehm bedeckt ist. Die ,Felsoberfläche" fällt mit ca. 30 nach Nordosten ein. Löß und Lößlehm wurden durch die Rutschung in Schollen zerlegt. Die Gleitbewegung fand in erster Linie auf und in der Gehängeschutt-/Gehängelehmschicht statt. Zwei Hauptbewegungsrichtungen ließen sich feststellen, die durch die Geometrie der Baugrube und durch die Raumlage der ,Felsoberfläche" bedingt sind. Durch das bergseits progressive Fortschreiten der Abrisse mußte befürchtet werden, dass auch die Gebäude oberhalb der Schadenstelle in Mitleidenschaft gezogen werden könnten. Im Sommer 1998 wurden die Sanierungsarbeiten durchgeführt. Dazu wurde im Oberhang eine 65 m lange, rückverankerte Bohrpfahlwand errichtet. Die Bohrpfähle weisen bei einem Durchmesser von 120eine Länge von jeweils 20 m auf und wurden mit einer HW-Schwinge hergestellt. Der talseits der Bohrpfahlwand gelegene Hang wurde gebrochen und auf eine Neigung von 30 abgeflacht. Entwässerungsmaßnahmen durch einen Flächenfilter kamen unterstützend dazu.
|
|||
Christian Hecht und Christof Lempp, Institut für Geologische Wissenschaften und Geiseltalmuseum Martin-Luther-Universität, Halle-Wittenberg
Gesteine und Gebirgsverbände sind durch geologische Strukturen und Muster in verschiedenen Maßstäben gekennzeichnet. Der Grad der Komplexität dieser Strukturen ist einerseits von ihrer geologischen Bildungsgeschichte, andererseits vom Maßstab der Betrachtung abhängig. Sandsteine, können zum Beispiel aus gleichgroßen Quarzkörnern oder aus einem breiten Spektrum von unterschiedlich großen Körnern zusammengesetzt sein. Sandsteinfolgen sind je nach ihrer Bildungsfazies uniform, rhythmisch oder scheinbar unregelmäßig aufgebaut. Trenngefüge weisen sowohl regelmäßige geometrische Muster aus einzelnen gleichartigen Klüften mit gleichen Kluftabständen auf, als auch komplexe Kluftscharenmuster mit Klüften unterschiedlicher Dimension mit verschiedenen Kluftabständen. Je größer die Komplexität einer geologischen Struktur in einem gewählten Maßstab ist, desto schwieriger ist es, in diesem Fall, ihre geomechanischen Eigenschaften sicher zu beschreiben und zu quantifizieren. Bei komplizierten geologischen Verhältnissen ist es schwierig Ergebnisse vom Probenmaßstab oder dem Maßstab von Großversuchen auf den Maßstab des Gebirgsverbandes zu übertragen, was zum Beispiel bei großen Bauwerken häufig Berechnungsprobleme hervorruft. Gerade solche komplexen Systeme sind das Ziel für Untersuchungsmethoden mit Hilfe der fraktalen Geometrie, die eine hohe strukturelle Unregelmäßigkeit der Einzelformen und eine Reichweite ähnlicher Strukturelemente über möglichst viele Maßstäbe voraussetzt. Dabei wird der Vorteil genutzt, eine Gesamtstruktur so beschreiben zu können, dass die Details ihrer Einzelformen nicht unterdrückt werden, sondern über eine gewisse Reichweite der Beobachtungsmaßstäbe miterfasst werden. Ihre Anwendung ist besonders dort interessant, wo komplexe Strukturen vorliegen, die dem fraktalen Prinzip von selbstähnlichen, skaleninvarianten Mengen folgen, oder wo solche Mengen nach einem hierarchischen Prinzip erzeugt werden können, mit dem Ziel die geomechanischen Eigenschaften von Gesteinen zu optimieren. An verschiedenen Beispielen von rolligen Bodenarten und Baustoffgemischen, klastischen Gesteinen und Gesteinsverbänden werden fraktale Strukturen identifiziert und beschrieben. An einigen Beispielen kann gezeigt werden, dass fraktale Strukturen durch besondere geomechanische Prozesse erzeugt werden, oder besondere geomechanische Eigenschaften von Gesteinen wiederspiegeln. Ein gutes Beispiel dafür sind Kornpackungen, die so zusammengesetzt sind, dass die Zwickel zwischen einer Kornklasse jeweils durch passende Körner der nächstkleineren Kornklasse besetzt werden und so weiter, die sich also wie Fraktale verhalten. Wenn dieser Packungsprozess unendlich fortgesetzt wird, nähert sich theoretisch die Gesteinsfestigkeit der Mineralfestigkeit und die Durchlässigkeit strebt gegen Null. Dies wird in natürlichen Gesteinen nicht erreicht, es deutet sich aber an, dass beispielsweise sehr dichte korngestützte Konglomerate zum Beispiel aus dem Rotliegenden fraktale Kornpackungen darstellen und sich durch besonders hohe Festigkeiten und sehr geringe Durchlässigkeiten auszeichnen. |
|||
|
Geostatische Verfahren als Hilfsmittel zur Baugrundmodellierung
Dipl. Geol. O. Marinoni, Univ. Prof. Dr. J. Tiedemann, Fachgebiet Ingenieurgeologie, Technische Universität Berlin
Baugeologische Modelle werden üblicherweise durch Inter- und Extrapolation der meist punktförmigen oder linearen direkten Informationen über den Untergrundaufbau erstellt. Die Verknüpfung der direkten Informationen erfolgt auf Basis persönlicher Erfahrung über die regionale Geologie oder schlicht durch geradlinige Verbindung der als zusammengehörig identifizierten Schichtfolgen. Um diesen Prozess zu objektivieren, finden im dicht aufgeschlossenen zentralen Bereich Berlins umfassende geostatistische Untersuchungen statt, die die Ermittlung der entfernungs- und richtungsabhängigen räumlichen Korrelation strukturgeologischer Parameter quartärer Schichtfolgen zum Ziel haben. Die bisher durchgeführten geostatistischen Untersuchungen des strukturgeologischen Parameters Schichtmächtigkeit zeigen für die im Bereich des Spreebogen auftretenden Schichtfolgen sehr ähnliche Variogrammparameter. Diese Kenntnis kann im Rahmen weiterführender mathematischer Interpolationsverfahren, beispielsweise mit Hilfe des Kriging, genutzt werden um strukturgeologische Parameter an nicht beprobten Bereichen abzuschätzen. Werden auf diese Weise die Mächtigkeiten mehrerer Schichtkomplexe interpoliert und diese in ihrer stratigraphischen Reihenfolge kombiniert, lassen sich, bedingt durch die rechnerische Generierung, sehr schnell komplexe geologische Modell selbst in glazial geprägten Gebieten mit stark schwankenden geometrischen Parametern wie dem zentralen Bereich Berlins erstellen.
|
|||
|
Ein repräsentatives
Verfahren zur ingenieurgeologischen Bohrkernauswertung im Fels
in Altbergbaugebieten
G. Meier, Ingenieurbüro Dr. G. Meier, Wegefarth/Freiberg,
Am Schirmbach 7 Bei den ingenieurgeologischen Erkundungsarbeiten der unterschiedlichsten Aufgabenstellungen insbesondere für die Fundament- und Gründungsbewertungen und auch in Altbergbaugebieten nehmen Kernbohrungen als direkte Aufschlussmethode einen hohen informativen Stellenwert ein. Erhebliche Probleme ergeben sich dabei durch die nadelstichartige Eigenschaftsbewertung des Gebirges anhand des Bohrkernes und ihre daraus abgeleitete Repräsentanz für einen größeren Gebirgsabschnitt. Mit Hilfe von verschiedenen Bewertungsverfahren der anfallenden Bohrkernstücke im Fels versuchen zahlreiche Autoren zweck- und/oder materialorientierte ingenieurgeologische Kennwerte abzuleiten und vor allem für die Bewertung der Gebirgsauflockerung zu nutzen. Gegenüberstellungen dieser verschiedenen Methoden machen deutlich, dass sie ausnahmslos die unterschiedliche Zerstückelung der Bohrkerne tendentiell wiedergeben. Erhebliche Abweichungen treten dabei aber im Detail auf. Besonders bei Ingenieurbauten, ingenieurgeologischen Untersuchungen für Gründungen der unterschiedlichsten Art einschließlich an historischen Bauwerken oder Hohlraumortungen und Deckgebirgsbewertungen im Altbergbau, spielen oft Eigenschaftsunterschiede im Kleinbereich eine entscheidende Rolle. Auch Bohrkernaufnahmen vor und nach Verfestigungsinjektionen gestatten dabei Aussagen zum Injektionserfolg und geben Schlussfolgerungen zur Notwendigkeit weiterer Verpressarbeiten. Als geeigneter qualitativer Kennwert ist hierfür der Lm-Wert nutzbar. Der entwickelte Lm-Wert zur detaillierten Auswertung von Bohrkernen spiegelt besonders sensibel die räumliche Gebirgsauflockerung um das Bohrloch sowie Erzgang- und Hohlraumnähe wider. Der Parameter stellt prinzipiell ein gewogenes arithmetisches Mittel der einzelnen Kernstücklängen dar. Bohrtechnische und gebirgsbedingte Kernverluste werden im Auswerteverfahren berücksichtigt. Die graphische Komplexdarstellung aller teufenabhängigen Parameter einschließlich der ingenieurgeologischen Kernaufnahme lässt in Kombination mit dem Lm-Wert differenzierte ingenieurgeologische Schlussfolgerungen zum Nahbereich um das Bohrloch zu. Dieses Verfahren ist ebenfalls für die Beurteilung der Festigkeitsunterschiede von durchbohrtem Mauerwerk insbesondere von alten Fundamenten einsetzbar. Anhand von mehreren Beispielsobjekten bei unterschiedlichsten Zielstellungen wird die Nutzung dieses Bohrkernauswerteverfahrens bevorzugt in Altbergbaubereichen des Erzgebirges erläutert.
|
|||
|
Der Grenzbereich ingenieurgeologischer und bodenmechanischer Untersuchungen zur objektiven Beurteilung von Lockergesteinen (Böden) für bautechnische Aufgabenstellungen
Dr.-Ing. habil., Dipl.-Geol. Bernd Müller, Geotechnisches Sachverständigenbüro, Leipziger Str. 18, 04416 Markkleeberg
Das Fachgebiet der Ingenieurgeologie als ingenieurtechnische Disziplin dient dem Bauwesen und Bergbau zur objektiven stofflichen, physikalischen und strukturellen Beurteilung des Bauraumes, Baugrundes einschließlich der Baustoffe je nach Bauaufgabe oder Nutzung einer Lagerstätte. Vielfach werden geologisch bedingte Zusammenhänge und Vorgänge bei der Bewertung nicht beachtet, so dass in dem Beitrag auf wesentliche, aber selten untersuchte Eigenschaften zur Beurteilung von Lockergesteinen in situ hingewiesen wird wie Vorbelastung, Verwitterungszustand, Verwitterungsbeständigkeit, Löslichkeit und besondere stoffliche Zusammensetzung. Den Wassergehalt bestimmt man meist durch den Glühverlust, der allerdings je nach Mineralbestand oft fehlerhaft interpretiert wird. Der Tonkornanteil kann teilweise oder überwiegend aus Drei-Schicht-Tonmineralen bestehen, die die bekannten bodenmechanischen Zusammenhänge verfälschen. Amorphe Substanzen, wasserlösliche Bestandteile oder anthropogen verunreinigte Wässer verändern die bodenmechanischen Kennwerte. Die Residualgesteine bzw. zersetzten bis zertrümmerten Festgesteine oder ,Verwitterungslockergesteine" als besondere Böden werden in der Bodenmechanik nur als Korngrößengemische behandelt, obwohl diese je nach Ausgangsgestein oder Mineralbestand recht wechselhaft erscheinen und deutlich andere Eigenschaften aufweisen können. Es werden ein umfassender Klassifikationsvorschlag für die Residualgesteine vorgestellt und zusätzliche Untersuchungsverfahren zur bodenphysikalisch-mechanischen Beurteilung empfohlen. Die durch Verwitterungsprozesse der verschiedensten Vorgänge in den Mittel- und Hochgebirgen sowie insbesondere in den subtropisch-tropischen und ariden Gebieten oberflächennah vorhandenen Lockergesteine sind sowohl in der Ingenieurgeologie als auch in der Bodenmechanik wenig systematisch untersucht worden.
|
|||
|
Steuerungsprozesse bei elektrokinetischen Verfahren zur Bodendekontamination am Beispiel eines Versuches im halbtechnischen Maßstab
W. Oey und R. Azzam, TU Bergakademie Freiberg, Institut für
Geotechnik, Gustav-Zeuner-Str. 1, 09596 Freiberg Elektrokinetische Prozesse im Boden werden hauptsächlich durch die Ausbreitung der H+- bzw. OH--Ionen gesteuert. Diese Ionen entstehen durch die Dissoziation des Wassers an der Anode bzw. Kathode. Anhand eines Versuches am mit 1567 ppm Blei kontaminierten Kaolin im halbtechnischen Maßstab wird gezeigt, dass durch die Steuerung der Vorgänge in den Elektrodenbrunnen die Prozesse im Boden entsprechend gesteuert werden können. Das Verfahren kann dadurch effektiv für die Durchspülung von feinkörnigen Böden als auch zur Entfernung von Schwermetallen eingesetzt werden. Eine Unterbindung der Ausbreitung der H+- als auch OH--Ionen in den Boden führt dazu, dass der elektroosmotische Durchlässigkeitsbeiwert (ke) als auch der Energieverbrauch während der Durchspülung relativ konstant bleiben. Durch die Ausbreitung der H+-Ionen in den Boden und bei gleichzeitiger Verhinderung der Ausbreitung der OH--Ionen lassen sich 76 % des ursprünglich im Boden vorhandenen Bleis mit einem Energieverbrauch von etwa 100 - 130 kwh/m3 entfernen. Eine Versauerung des Bodens kann zu einer Abnahme des ke-Wertes als auch zu einer Zunahme des Energieverbrauches infolge von Ladungsneutralisation in der Porenflüssigkeit führen.
|
|||