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Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
65. Deutsche BrunnenbauertageBAW-Baugrundkolloquium
07. bis 09. Mai 2014 – Bau-ABC Rostrup / Bad Zwischenahn
Anne HeelingBundesanstalt für Wasserbau
Dienststelle Hamburg, Ref. Geotechnik NordWedeler Landstraße 157, 22559 Hamburg
im Lockergestein
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Baugrunderkundung und Untersuchung
• DIN EN 1997-2 (10 / 2010)
Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik
Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds.
Deutsche Fassung EN 1997-2:2007 + AC:2010
• DIN 4020 (12 / 2010)
Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke
Ergänzende Regelungen zu DIN EN 1997-2
DIN EN 1997-2/NA (12 / 2010) Nationaler AnhangDIN EN 1997-2/NA (12 / 2010) Nationaler Anhang
Normung Geotechnische Bemessung
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Baugrunderkundung und Untersuchung
• DIN EN 1997-2 (10 / 2010)
• DIN EN 1997-2/NA (12 / 2010)
• DIN 4020 (12 / 2010)
Normung Geotechnische Bemessung
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Baugrundmodell
• DIN 4020, Abs. A7.3.1:
Als Ergebnis der Aufschlüsse und Untersuchungen sind vereinfachte Berechnungsmodelle des Baugrunds auszuarbeiten � Je nach den Baugrundverhältnissen, der geologischen Situation sowie Art und Größe der baulichen Anlage sind ein oder mehrere Baugrundprofile als Berechnungsprofile zu entwickeln.
• DIN EN 1997-1, Abs. 2.4.1:
[Die Kenntnis der Baugrundverhältnisse ist]
� im Allgemeinen wichtiger � als die Genauigkeit der Rechenmodelle und Teilsicherheitsbeiwerte.
Normung
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„Nahezu alle technischen Probleme, Unfälle und Fehlkalkulationen im Umfeld eines Projektes
können letztendlich auf geologische Verhältnissezurückgeführt werden,
über die der Ingenieur entweder gar nichts wusste oder über die er erst zu spät etwas gelernt hat.“
DIN EN 1997-2, Abs. 6.1 fordert eine Darstellung aller verfügbaren geotechnischen Informationen einschließlich der geologischen Verhältnisse
Baugrundmodell
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Baugrundmodell
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Baugrundmodell
„ Regionalgeologisch gesehen liegt
das Untersuchungsgebiet auf einer
holozänen Niederterrasse des
vereinigten Elbe-Havel-Urstromtales,
welches ein Talsandgebiet des
Brandenburger Stadiums der
Weichselkaltzeit ist.“
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Levensauer Hochbrücke
Nord-Ostsee-Kanal, km 93,5
• kombinierte Straßen- und Eisenbahnbrücke• 180 m lang• erbaut 1893 / 94
• Baugrunderkundung 2012: 8 Bohrungen BKF, 9 Kleinbohrungen, 12 Drucksondierungen CPT
• Altaufschlüsse: 47 Bohrungen, 9 Drucksondierungen
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Levensauer Hochbrücke - Geologie
Kartengrundlage: Schmidtke, 1995
ÖstlichesHügelland
Gletscher-randlagen
Hohe Geest Niedere GeestMarsch, Flussniederungen
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Levensauer Hochbrücke
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Gletscher erodiert vorhandene Schichten
Gletscher deformiert Untergrund: Glazialtektonik
Levensauer Hochbrücke - Geologie
Östliches Hügelland
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Gletscher erodiert vorhandene Schichten
Gletscher deformiert Untergrund: Glazialtektonik
Levensauer Hochbrücke - Geologie
Baugrube der nörd-lichen Pfeiler der Hochbrücke Levensau,20.09.1893
Foto: WSA Kiel-Holtenau
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Levensauer Hochbrücke - Geologie
Gletscher erodiert vorhandene Schichten
Gletscher deformiert Untergrund: Glazialtektonik
Gletscher lagert Sedimente ab:Glaziale Serie
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Anne Heeling
glazial →→→→ Geschiebemergel
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glazial →→→→ Geschiebemergel
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Wasser
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glazial →→→→ Geschiebemergel
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Geschiebemergel
Gletscher transportiert Material und lagert es ab
sandiger, kiesiger Ton und Schluff
• an der Basis : flächige Grundmoräne• vor der Gletscherstirn : Endmoräne
nachdem das Eis abgeschmolzen ist
während der Vergletscherung
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glazifluviatil→→→→ Schmelzwassersedimente
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Geschiebemergel
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glazifluviatil→→→→ Schmelzwassersedimente
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Schmelzwassersedimente
• unter dem Eis: Schmelzwasserrinnen• vor der Gletscherstirn: Sanderflächen
Gletscher setzt Schmelzwasser frei Mittel- und Grobsand, Kies
Sander
Schmelzwasserrinnen
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glazilimnisch:
Beckensedimente
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glazilimnisch:
Beckensedimente
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Beckensedimente
Gletscher schürft Hohlformen („Zungenbecken“) aus
Feinsand, Schluff, Ton
Beckensedimente
Beckentonund –schluff
Beckensand
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Sander:Schmelzwassersedimente
Endmoräne: Geschiebemergel
Zungenbecken: Beckensedimente
Glaziale Serie Schmelzwasserrinnen: Schmelzwassersedimente
Urstromtal:Schmelzwasser-sedimente
Grundmoräne:Geschiebemergel
glazial
glazifluviatil
glazilimnisch
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Sedimente der Glaziale Serie
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Beckensedimente
Geschiebe-mergel
Schmelzwassersedimente
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Levensauer Hochbrücke
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Benennen / Beschreiben der Böden nach DIN EN ISO 14688-1 / -2• Korngröße• Kornform• mineral. Zusammensetzung• Farbe• Kalkgehalt• Organik
bindige bzw. organische Böden• Plastizität• Konsistenz
Torf• Zersetzungsgrad
Baugrundmodell
alle Besonderheiten: Fossilien, Pflanzenreste, L
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Baugrundmodell
• Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologischzusammengehöriger Einzelschichten
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Geologische Schichten• Geschiebemergel
mit Sand- und Kieslinsen
• BeckensedimenteFeinsand, Ton, Schluff
• Schmelzwasser-sedimenteMittelsand, Grobsand, Kies
Geschiebemergel
Becken-sedimente
Schmelzwassersedimente
Geschiebemergel
Schmelzwassersedimente
Baugrundmodell: geologische Schichten
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Geologische Schichten• Auffüllung• Geschiebemergel
mit Sand- und Kieslinsen
• BeckensedimenteFeinsand, Ton, Schluff
• SchmelzwassersedimenteMittelsand, Grobsand, Kies
• Tertiärer Glimmerton
Baugrundmodell: geologische Schichten
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Baugrundmodell
• Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten
• Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe
Geologische Struktur des Baugrundes
?
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1 2
B1 B2
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
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1 2
B1 B2
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
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1 2
B1 B2
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
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1 2
B1 B2
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
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21
1 2
1 älter als 2
1 2
1 jünger als 2
1 2
gleich alt
Prinzip der Superposition:oben → jung / unten → alt
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
1 2?B1 B2
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Struktur Prinzip des Einschlusses:
Einschlüsse sind gleich alt oder älter als die umgebende Struktur
B1 B3B2
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
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Auffüllung gewachsener Baugrund
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Prinzip der durchschnittenen Schichten:Jüngere Strukturen durchschneiden ältere
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
B1 B3B2
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Prinzip der ursprünglichen Horizontalität:Schichten etwa horizontal abgelagert
Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
B1 B3B2
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Baugrundmodell: sinnvoller Schichtenverlauf
B1 B3B2
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Geologische Struktur des Baugrundes
Auffüllung Geschiebemergel
Beckensedimente
Schmelzwassersedimente
Tertiärer Glimmerton
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Seite 42
Baugrundmodell
• Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten
• Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe
Geologische Struktur des Baugrundes
• Zusammenfassung bzw. Unterteilung der geologischen Schichten nach geotechnischen Gesichtspunkten
→→→→ geotechnische Homogenbereiche
projektrelevante geotechnische Eigenschaften
projektrelevante geotechnische Eigenschaften
so einfach wie möglich / so komplex wie nötig
PraxistauglichkeitPraxistauglichkeit
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Geotechnische Homogenbereiche
Auffüllung Geschiebemergel
Beckensedimente
Schmelzwassersedimente
Glimmerton
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Geotechnische Homogenbereiche
AuffüllungBeckensedimente
Feinsand
Oberer Geschiebemergel
Unterer Geschiebemergel
Mittlerer Geschiebemergel
Mittelsand
Mittel- und Grobsand
Sand und Kies
Glimmerton
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Profilschnitte
• Die zentrale Darstellung des Baugrundes im Gutachten
• widerspruchsfreie,eindeutige und vollständigeUnterteilung des Baugrundes in Homogenbereiche
• Farben nach bzw. in Anlehnung an DIN 4023
• einfache, sprechende Benennungen
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Seite 46
Baugrundmodell
• Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten
• Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe
Geologische Struktur des Baugrundes
• Zusammenfassung bzw. Unterteilung der geologischen Schichten nach geotechnischen Gesichtspunkten
→→→→ geotechnische Homogenbereiche
• Beurteilung des geotechnischen Potenzials der Homogenbereiche anhand der geologischen Verhältnisse
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Seite 47
Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial
Schmelzwasserrinnen
Geschiebemergel
Geschiebemergel
Bohrung
Sand- und Kieslinsen→ evt. örtliche Aufweichung
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Seite 48
Homogenbereiche: geotechnisches PotenzialGeschiebemergel
Linsen aus älterem Material
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Seite 49
Homogenbereiche: geotechnisches PotenzialGeschiebemergel
Linsen aus älterem Material
Harnischflächen→ Restscherfestigkeit
Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
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Wasser
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Anne Heeling
Geschiebemergel
Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial
Steine und Blöcke
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Seite 51
Beckensedimente
Homogenbereiche: geotechnisches PotenzialGeschiebemergel und Schmelzwassersedimente
Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
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Seite 52
Beckensedimente
Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
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Homogenbereiche: geotechnisches PotenzialGeschiebemergel und Schmelzwassersedimente
Boberger Dünen
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Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
BAW � Anne Heeling
Seite 53Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
Anne Heeling
Homogenbereiche: geotechnisches PotenzialGeschiebemergel und Schmelzwassersedimente
Erosionshorizont
Steine, Blöcke: einzeln, lagenweise und in Nestern
Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
BAW � Anne Heeling
Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
Anne Heeling
Homogenbereiche: geotechnisches PotenzialSchmelzwassersedimente
Rinnen
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Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
BAW � Anne Heeling
Seite 55
Schmelzwassersedimente
Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
Anne Heeling
Homogenbereiche: geotechnisches PotenzialSchmelzwassersedimente
Toteis→während der Eiszeit: örtl. feine Sedimente→nacheiszeitlich: Seen → evt. Torflinsen
Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
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Seite 56Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
Anne Heeling
Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial
Beckensedimente
• bindige und nichtbindige Böden →bei Wechsellagerung („Bänderton“)
horizontal durchlässiger als vertikal • keine Steine
• bindige und nichtbindige Böden →bei Wechsellagerung („Bänderton“)
horizontal durchlässiger als vertikal • keine Steine
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Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
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Seite 57
Baugrundmodell
• Vereinfachung der Schichtenfolge durch Zusammenfassung geologisch zusammengehöriger Einzelschichten
• Darstellung geologisch sinnvoller Schichtenverläufe
Geologische Struktur des Baugrundes
• Zusammenfassung bzw. Unterteilung der geologischen Schichten nach geotechnischen Gesichtspunkten
→→→→ geotechnische Homogenbereiche
• Beurteilung des geotechnischen Potenzials der Homogenbereiche anhand der geologischen Verhältnisse
Baugrundmodell
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GeotechnischerBericht
Baugrundmodell
Profilschnitte
Unterhalb von Auffüllung und Mutterboden folgt meist der Holozäne Sand mit Mächtigkeiten meist um ca. 1 Meter.Kornanalytisch handelt es sich um Fein- und Mittelsand, der örtlich auch schwach schluffig bis schluffig bzw. schwach grobsandig bis grobsandig ist. Bild 8 zeigt zwei Körnungslinien: mit Ungleichförmigkeitszahlen CU von 2,1 bzw. 3,1 und Krümmungszahlen CC 1,0 bzw. 1,2 ist der Holozäne Sand eng gestuft. Im Holozänen Sand ist mit Steinen zu rechnen, die einzeln, lagenweise oder in Nestern auftreten können.Im Holozänen Sand wurden Glühverluste Vgl von 5,2 % und 13,0% bestimmt; damit ist der Sand schwach bis mittel organisch. Örtlich treten Pflanzenreste auf.Der Holozäne Sand ist überwiegend kalkfrei, untergeordnet kalkhaltig.Die Spitzenwiderstände qc der Drucksondierungen liegen in den Holozänen Sanden zwischen 3 und 7 (überwiegend zwischen 5 und 6) und die Schlagzahlen der Sondierungen mit der Schweren Rammsonde zwischen 2 und 14 (überwiegend zwischen 4 und 10; im Mittel: N10 = 7). Dies entspricht einer geringen bis großen, überwiegend einer geringen bis mittleren Festigkeit.
TextlicheBeschreibung
Textliche Beschreibung
• Bodenansprache, Labor-und Feldversuche:Zusammenfassende Dar-stellung der Ergebnisse und Interpretation
• Geotechnisches Potenzial• Besonderheiten
→ Geotechnische Eigenschaften→ Wiederkennung
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HHHHomogenbereichomogenbereichomogenbereichomogenbereichHHHHomogenbereichomogenbereichomogenbereichomogenbereich
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GeotechnischerBericht
Versuchs-ergebnisse
Baugrundmodell
Wichte des feuchten Bodens γ = 18 kN/m3
Wichte des Bodens unter Auftrieb γ‘ = 10 kN/m3 Steifemodul Es = 15 MN/m² Effektiver Reibungswinkel ϕ‘ = 32,5 ° Effektive Kohäsion c‘ = 0 kN/m2 Klassifizierung des Bodens
- gemäß DIN 18 196 SE, (SU) - gemäß DIN 18 300 3 - gemäß DIN 18 311 NB1, NB2
charakteristischeBodenkennwerte
Profilschnitte
Unterhalb von Auffüllung und Mutterboden folgt meist der Holozäne Sand mit Mächtigkeiten meist um ca. 1 Meter.Kornanalytisch handelt es sich um Fein- und Mittelsand, der örtlich auch schwach schluffig bis schluffig bzw. schwach grobsandig bis grobsandig ist. Bild 8 zeigt zwei Körnungslinien: mit Ungleichförmigkeitszahlen CU von 2,1 bzw. 3,1 und Krümmungszahlen CC 1,0 bzw. 1,2 ist der Holozäne Sand eng gestuft. Im Holozänen Sand ist mit Steinen zu rechnen, die einzeln, lagenweise oder in Nestern auftreten können.Im Holozänen Sand wurden Glühverluste Vgl von 5,2 % und 13,0% bestimmt; damit ist der Sand schwach bis mittel organisch. Örtlich treten Pflanzenreste auf.Der Holozäne Sand ist überwiegend kalkfrei, untergeordnet kalkhaltig.Die Spitzenwiderstände qc der Drucksondierungen liegen in den Holozänen Sanden zwischen 3 und 7 (überwiegend zwischen 5 und 6) und die Schlagzahlen der Sondierungen mit der Schweren Rammsonde zwischen 2 und 14 (überwiegend zwischen 4 und 10; im Mittel: N10 = 7). Dies entspricht einer geringen bis großen, überwiegend einer geringen bis mittleren Festigkeit.
TextlicheBeschreibung
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Seite 60Vom Aufschluss zum Baugrundmodell
Anne Heeling
Homogenbereiche: geotechnisches Potenzial
Beckensedimente
keine Steine ?keine Steine ?
Dropstone
Foto: Wikipedia (Eurico Zimbres)
DIN 4020, Abs. A 1.5.3.17: Baugrundrisiko ein L unvermeidbares Restrisiko LDIN 4020, Abs. A 1.5.3.17: Baugrundrisiko ein L unvermeidbares Restrisiko L
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Baugrundmodell
AufschlussBodenansprache
Geologische Schichten
Schichtenverlauf
Geologische Struktur
Geotechnische Homogenbereiche
Geotechnisches Potenzial
Baugrundmodell
hochwertige Aufschlüsse
Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit
Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit