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Report (Bericht) zugänglich unter
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Entwicklung einer neuen Versuchstechnik zur Bestimmung der Grenze zwischen halbfestem und festem Boden

Development of a new experimental technique to determine the limit between semi-solid and solid soils

Vogt, Norbert ; Birle, Emanuel ; Heyer, Dirk ; Etz, Anita

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Achse (math) , Bewertung , Boden , Deutschland , Druck , Eins , Festigkeit , Forschungsbericht , Grenzwert , Klassifizierung , Norm (tech) , Probe , Prüfverfahren , Schwinden , Technologie , Verhalten , Versuch
Freie Schlagwörter (Englisch): Axis , Behaviour , Classification , Evaluation (assessment) , Germany , Limit , One , Pressure , Research report , Sample (mater) , Shrinkage , Soil , Specification (Standard) , Strength (mater) , Technology , Test procedure , Test
Collection: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 42 Bodenmechanik
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Zentrum Geotechnik <München> / Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau
Bandnummer: 80
ISBN: 978-3-95606-010-6
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 23.08.2013
Kurzfassung auf Deutsch: Im Hinblick auf das Lösen werden Boden und Fels nach DIN 18300 beschrieben. Dabei werden bindige Bodenarten in Abhängigkeit von ihrer Konsistenz in unterschiedliche Bodenklassen unterteilt. Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität und weicher bis halbfester Konsistenz werden der Bodenklasse 4 zugeordnet. Ausgeprägt plastische Tone von weicher bis halbfester Konsistenz gehören der Bodenklasse 5 an. Bodenarten von fester Konsistenz sind der Bodenklasse 6 zuzuordnen. Die Grenze zwischen halbfester und fester Konsistenz ist dabei über die Schrumpfgrenze definiert, die nach DIN 18122-2 bestimmt wird. Da vor allem bei leichtplastischen Böden der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze häufig oberhalb des Wassergehaltes an der Ausrollgrenze liegt, kommt es bei der Einordnung bindiger Böden in die Bodenklassen der DIN 18300 häufig zu Unklarheiten, was zu Streitfällen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber führen kann. Das Ziel des Forschungsvorhabens war es deshalb, ein geeigneteres Kriterium zur Einordnung halbfester und fester Böden in die Bodenklassen der DIN 18300 zu erarbeiten und dazu eine Versuchstechnik zu entwickeln. In einem ersten Schritt wurde das Schrumpfverhalten bindiger Böden analysiert und die Versuchstechnik zur Bestimmung der Schrumpfgrenze untersucht. Es hat sich gezeigt, dass bei Böden mit einer Plastizitätszahl IP < 18 % der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze in der Regel oberhalb des Wassergehalts an der Ausrollgrenze liegt. Anhand von Untersuchungen zum Schrumpfverhalten an Proben, die bei unterschiedlichen Spannungen vorbelastet worden waren, wurde ausserdem festgestellt, dass der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze mit zunehmender Vorbelastung abnimmt. Diese Untersuchungen haben damit bestätigt, dass anhand der nach DIN 18122-2 ermittelten Schrumpfgrenze keine eindeutige Zuordnung in die Bodenklassen 4 und 6 bzw. 5 und 6 möglich ist. Deshalb wurden im Folgenden Untersuchungen zu anderen Kriterien zur Unterscheidung zwischen halbfesten und festen Böden durchgeführt. Hierzu wurden zunächst Untersuchungen zur einaxialen Druckfestigkeit durchgeführt. Da das Herausarbeiten von ungestörten Probekörpern im relevanten Konsistenzbereich aber mit großen Schwierigkeiten verbunden ist, kann die Verwendung der einaxialen Druckfestigkeit zur Einordnung der Bodenklassen nicht empfohlen werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden daher im weiteren Verlauf Untersuchungen zu einem einfach durchzuführenden Versuch durchgeführt, der eine Unterscheidung von halbfestem und festem Boden auf Grundlage der Festigkeit ermöglicht. Dazu wurden an aufbereiteten Böden Eindringversuche mit einer Proctornadel und einer Konusspitze durchgeführt. Die Versuchsergebnisse belegen, dass ein klarer Zusammenhang zwischen der Konsistenz und dem Eindringwiderstand besteht und dass eine Bewertung der Festigkeit mit Hilfe dieser Versuche prinzipiell möglich ist. Zur Festlegung konkreter Werte für eine Unterscheidung der Bodenklassen 4, 5 und 6 gemäß DIN 18300 sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich.
Kurzfassung auf Englisch: A classification system for the use of soil and rock in earthworks has been defined in DIN 18300. Therein 6 classes are described to organize soil and rock. Cohesive soils are classified in regard to their consistency and plasticity. Soils of low and medium plasticity and soft to semi-solid consistency are assigned to soil class 4. Soils of high plasticity and soft to semi-solid consistency are assigned to soil class 5. The limit between semi-solid and solid consistency is defined by the shrinkage limit (DIN 18122-2). Cohesive soils of solid consistency are assigned to soil class 6. The water content at the shrinkage limit of soils with low plasticity is frequently above the water content at the plastic limit. Therefore, ambiguities in respect to soil classification according to DIN 18300 emerge. The goal of the research is to develop a criterion to classify cohesive soils of semi-solid and solid consistency and assign it to DIN 18300. If needed a new experimental technique should be designed. At first, the shrinkage behaviour of cohesive soils was studied and different methods to determine the shrinkage limit were tested. It could be displayed, that for cohesive soils with plasticity index IP < 18 % the water content at the shrinkage limit is above the water content at the plastic limit. Furthermore it could be shown, that the shrinkage limit decreases with an increase of the preload of the soil samples. The results showed that the shrinkage limit according to DIN 18122-2 is inappropriate for the classification of soil samples according to DIN 18300. Hence, in the next step it was investigated if soils of semi-solid and solid consistency could be classified according to their strength. At first, unconfined compression test were performed. For undisturbed soil samples only few results could be gained as half of the samples could not be carved out or have cracked during preparation. Hence, the unconfined compression test can not be recommended to classify natural undisturbed soil samples according to DIN 18300. Thus, simple penetration tests with a proctor needle and cone end were performed. The penetration rate and maximum penetration depth have been kept constant for all tests. For the determination of the influence of the consistency on the soil resistance the tests have been conducted on soil samples of different water contents. The penetration tests show a correlation between consistency and penetration resistance of the proctor needle and the cone end. In principle it is possible to use the test to evaluate the stiffness of cohesive soil samples. To define precise criteria for a classification system more tests have to be performed.