_Veränderlich fest_ : Festgesteine, die ihren Zusammenhalt bei Exposition gegenüber der Atmosphäre ganz oder teilweise verlieren z.B. Tonstein, Mergel _Dauerhaft fest_ : Festgesteine, die ihren Zusammenhalt auch bei langfristiger Exposition gegenüber der Atmosphäre nicht verlieren z.B. Granit, Gneis

Vorlesung 1 Flashcards by Barbara 💜

Ingenieurgeologie Definition?

Die Ingenieurgeologie befasst sich mit Gestein und Gebirge als Baugrund, Bauraum und Baustoff im Rahmen geotechnischer, wasserbaulicher und geoökologischer Aufgabenstellungen

⇒ Die Überführung geologischer Informationen in bautechnische Entscheidungen

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Ziel Ingenieurgeologie?

Untersuchung** und **Beurteilung** des **Verhaltens von Gestein und Gebirge hinsichtlich ihrer erdgeschichtlich-tektonischen Entwicklung und ihrer hydraulischen und mechanischen Eigenschaften für technische und ökologische Zwecke

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Grundlegende Arbeitsmethoden der Ingenieurgeologie?

Geländekartierung
Detailaufnahme künstlicher Aufschlüsse wie Schürfe, Bohrungen, Stollen, Schächte, Einschnitte etc.
Anwendung fachspez. naturwissenschaftl. und technisch-apparativer Labor-** und **Feldmethoden

Erstellung eines ingenieurgeologischen Modells steht im Vordergrund!

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Berufsfeld Ingenieurgeologe?

Ingenieurbüro
Behörden
Bau- und Bergbauindustrie
Versicherungswirtschaft
Lehre und Forschung

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Tätigkeitsbereich Ingenieurgeologe?

Geotechnik
- Gründungen, Talsperren, Tunnel
Umwelt- Ingenieurbau
- Endlager, Deponiebau
Energie und Rohstoffe
- Geothermie, Erdöl/Erdgas
Georisiko Management
- Einschätzung, Städte-/Regionalplanung

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Arbeitsablauf (Tunnelbau)?

Gelände:
- Kartierung und Erkundung natürlicher Aufschlüsse
Aufschlussverfahren:
- Bauerkundung mit Hilfe künstlicher Aufschlüsse wie Bohrungen, Schürfungen
Labor:
- Ermittlung physikalischer oder chemischer Eigenschaften von Boden-/Gesteinsproben
Computer:
- Simulation geologischer Vorgänge
- ⇒ zur besseren Vorhersage
Geo-Archiv:
- Geo-Informationssystem
- ⇒ GIS
Schreibtisch:
- Erstellung von Berichten

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3 wichtige Faktorengruppen für eine ingenieurgeologische Auswertung?

Bildungsbedingungen der Gesteine
- d.h. paläogeoraphische, paläoklimatische und paläotektonische Verhältnisse des Sedimentationsraumes
Geologischer Werdegang der abgelagerten Sedimente bis zur Jetztzeit
- Art der Beanspruchung, Wechsel klimatischer und geographischer Verhältnisse im betrachteten Raum im Laufe der Erdgeschichte
Zu erwartende Entwicklungsrichtung
- die sich vielfach aus dem bisherigen geologischen Geschehen bis zur Jetztzeit ableiten lässt
Extrembeispiel: Exhumierung eines Endlagers

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Lockergesteine (Boden)?

Nichtbindige:
- Lockergesteine mit einem Feinstkornanteil (<0,006mm) nicht über 15%
- z.B. Sand, Kies
Bindige:
- Lockergesteine mit einem Feinstkornanteil (<0,006mm) über 15%
- z.B. Ton, Schluff
Organisch:
- Lockergesteine mit einem dominierenden Anteil an pflanzlicher und tierischer Bestandteile
- z.B. Torf

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Festgesteine (Fels)?

Veränderlich fest:
- Festgesteine, die ihren Zusammenhalt bei Exposition gegenüber der Atmosphäre ganz oder teilweise verlieren
- z.B. Tonstein, Mergel
Dauerhaft fest:
- Festgesteine, die ihren Zusammenhalt auch bei langfristiger Exposition gegenüber der Atmosphäre nicht verlieren
- z.B. Granit, Gneis

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Hauptgruppen von Bodenarten?

nichtbindige oder rollige Bodenarten
bindige Bodenarten
gemischtkörnige Bodenarten

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Fokus Lockergesteine?

Bestimmung der Bodenart:
- Körngrößenverteilung
- Fliessgrenze, Ausrollgrenze, Schrumpfgrenze, Plastizitätszahl ….
Bestimmung der Zustandsform:
- Wassergehalt, Dichte, Porenanteil, Porenzahl
- Konsistenz
- Lagerungsdichte
Mechanisches Verhalten:
- Verformbarkeit
- Scherfestigkeit, Druckfestigkeit, Zugfestigkeit
Hydraulisches Verhalten (Prof. Rüde)

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Warum Korngrößenverteilung?

Grundlegend für die Benennung von Lockergesteinen nach gängigen, national und internationalen Normen
Kornverteilung bestimmt wesentliche Eigenschaften von Böden:
- Durchlässigkeiten/Verdichtbarkeit
- Filtereigenschaften
- Abdichtungseigenschaften
- Festigkeit und Verformbarkeit
- Setzungsverhalten…

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Sieben und Schlämmen?

Siebanalysis:
- Je nach Körnung 150 g bis 2 Kg
- Böden ohne Anteile <0,063 mm ⇒ trocken
- Ansonsten: nasses Abtrennen <0,063 mm ⇒Rest: trocken sieben
Sedimentationsanalyse:
- < 0.125 mm mit Aräometereverfahren nach Casagrande
Prinzip: Absinkgeschw. unterschiedlich für unterschiedliche Korngrößen
- Stokesches Gesetz!!
  - 30-75 g Probe wird aufgeschlämmt (destilliertes Wasser) und mit Natriumpyrophosphat versetzt (verhindert Flockenbildung)
  - Körner setzten sich ab und dadurch verändert sich die Dichte der Suspension

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Aräometereverfahren?

Messung der Dichte einer Suspension in einer bestimmten Tiefe
Die Dichte wird zu einer gegebenen Zeit von einem Korngemisch bestimmt
Kennt man die Dichte, die Tiefe (Fallhöhe) und die Zeit, so lässt sich daraus die Masse der Teilchen einer bestimmten Kornfraktion berechnen

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Frostempfindlichkeit?

Böden, die beim Gefrieren des Porenwassers ihr Volumen vergrössern
Zunehmende Eislinsenbildung
- kryogene Saugspannungen
Zum Teil irreversible Hebungen
Beurteilung der Forstempfindlichkeit beruht auf Korngrössenverteilung (insbesondere Feinkornanteil) und Ungleichförmigkeit U

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Filtermaterial?

In der Regel Sand, Kies Splitt
Der Filter übt eine hydraulische** oder **mechanische Funktion aus. Er soll insbesondere die Drainage vor Klomatierung schützen und die innere Erosion des anliegenden Lockergesteines unter Gewährleistung der Wasserdurchsickerung sowie die Durchmischung des Untergrundes oder des Unterbaues mit Teilen der Fundationsschicht im Falle mechanischer Beanspruchung verhindern

Filtermaterial für Dränmassnahmen?

In der Regel Sand, Kies, Split
Filterregeln orientieren sich an der Kornverteilung des zu entwässernden Bodens
Häufig verwendete Filterregel nach Terzaghi:
- U < 2
- Verlauf der Körnungslinie ähnlich dem zu entwässernden Boden
- Nachteil: Gültigkeit auf relativ steile Körnungslinien beschränkt….
- ⇒ Voraussetzung ist, dass das Filtermaterial gleichkörnig gestuft ist (CU< 2) und die Körnungslinie** des abzufilternden Bodens **ähnlich ist

Ingenieurgeologie Modelle:

Geologisches Model

Fels-/Bodenmechanisches Model

Gebirgsverhaltens Model

Definition: Homogen, Inhomogen, Isotrop, Anisotrop

Homogen: Gleichartigkeit einer physikalischen Eigenschaft, nur ein Geomaterial (Sand am Strand)
Inhomogen: Verschiedene Geomaterialien
Isotrop: Richtungsunabhängig (Granat)
Anisotrop: Richtungsabhängig (Schieferton)

Elastische Anisotropie:

1. Bild: Generell Anisotroper Fels
- 21 elastische Konstanten
2. Bild: Orthotroper Fels
- z.B. Gebirge mit 3 orthogonalen Trennflächen
- 9 elastische Konstanten (E_1,2,3, G_1,2,3, v_1,2,3)
3. Bild: Transversal isotroper Fels
- Fels mit Schichtung/ Schieferung/Foliation/1 Trennflächenschar
- 5 elastische Konstanten (E_1,2, G, v_1,2)
4. Bild: Perfekt isotroper Fels
- 2 elastische Konstanten (E, v)

Lockergesteinsansprache aufgrund der Kornsummenkurven:

Fraktion/Massenanteile:

Ton/Schluff*: 3 %
FSa* (> 0,063 bis 0,2 mm) : 40 %
MSa* (> 0,2 bis 0,63 mm) : 41 %
CSa* (> 0,63 bis 2 mm) : 11 %
FGr* (> 2 bis 6,3 mm) : 5 %
Hauptanteil:
- Feinsand (FSa) / Mittelsand (MSa)
Nebenanteile (in Reihenfolge ihres Massenanteiles):
- Schwach feinkiesig (fgr), schwach grobsandig (csa)

fgr‘csa‘fsaMSa oder fgr‘csa‘FSa/MSa

Unified Soil Classification System (USCS):

Gravel/Kies: G
Sand: S
Clay/Ton: T
Org. Böden: O
Peat/Torf: PT
Gut abgestuft: W
Schlecht abgestuft: P
Leicht plastisch: L
Mittel plastisch: M
Ausgeprägt platisch: H

Ungleichförmigkeitszahl C_u und Krümmungszahl C_{<strong>c</strong>}:

C_u = d₆₀/d₁₀

Maß für die Gleichförmigkeit bzw. Ungleichförmigkeit

C_c= (d₃₀)²/(d₁₀*d₆₀)

Maß für Krümmung der Körnungslinie

⇒ d_x = Korndurchmesser bei x % Siebdurchgang,

z.B. d₆₀ = Korndurchmesser bei 60% Siebdurchgang

Suffusion und Erosion:

Suffusion: Ausspülen von Feinkorn ohne Strukturänderung
Erosion: Abstransport von Feinmaterial aus dem Boden durch ein strömendes Medium

Sicherheit gegen Erosion

D₁₅/d₈₅ < 4

Durchlässigkeitsregel

D₁₅/d₁₅ > 4

Filtertechnisch ***schwierige*** Böden:

* Gefahr der ***inneren Erosion*** des zu schützenden Bodens * besonders relevant, wenn Unterschied der Durchlässigkeit des Filter und des zu schützenden Materials \> 100 * ***entscheident ist aber auch die _Kohäsion_!*** ***_Zur Grafik_***: 1. sehr geringe Gefahr der inneren Erosion (Kohäsion) 2. Böden mit der ***größten Neigung*** zur inneren Erosion, insbesondere wenn ***gleichförmig***, Schluffe und Fein- bis Mittelsande mit mehr als 10% Schluffanteil und einer Ungleichförmigkeit U\< 15 3. ***Keine*** Filterschicht erforderlich

Suspension:

* tendiert zur Sedimentation und Phasentrennung