Untersuchung der Quellempfindlichkeit veränderlich fester Gesteine bei der Verwendung als Erdbaustoff

Investigations of the swelling of variable weak rocks used as earthwork materials

  • Der Einsatz veränderlich fester Gesteine als Erdbaustoff soll zukünftig erhöht werden. Da sich allerdings ihre bodenmechanischen Eigenschaften nach dem Lösen aus dem Gebirgsverband unter Witterungseinflüssen bereits während der Bauzeit unterschiedlich stark verändern können, ist ihr Einsatz bisweilen noch zögerlich. Systematische Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten zeigten bereits auf, dass die bodenmechanischen Eigenschaften nicht nur von ihrer Zusammensetzung und den inneren Bindungskräften, sondern auch vom Einbauzustand und dem Verwitterungszustand abhängen. Zum anderen wurde festgestellt, dass bei veränderlich festen Gesteinen das Quellvermögen sogar erst durch eine Lösung der diagenetischen Verbindungen aktiviert werden kann. Um den Einsatz veränderlich fester Gesteine oberflächennah zu ermöglichen, und das Quellpotential abschätzen zu können, wurden Quellversuche an sechs unterschiedlich stark quellfähigen Böden und Gesteinen abhängig vom Einbau- und Verwitterungszustand durchgeführt. Da ein linearer Zusammenhang zwischen Quelldruck und Quelldehnungen besteht, kann zunächst mit Hilfe des Quelldruckversuches beurteilt werden, ob überhaupt Quelldehnungsversuche erforderlich sind. Bei Bodengruppen mit einem höheren Feinkornanteil (d < 0,06 mm) > 15 M.-% sowie bei Böden, die schnell zu einem feinkörnigen Boden zerfallen können (Id2 < 60%) sollte ein Quelldruckversuch durchgeführt werden. Liegen zu diesen Grenzen der Klassifikationsparameter die maximalen Quelldrücke σ > 100 kPa, sind zusätzlich Quellhebungsversuche und eine Tonmineralanalyse zur Erfassung quellfähiger Tonminerale zu ergänzen. Zusammenfassend können veränderlich feste Gesteine grundsätzlich als Erdbaustoff eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Verwitterungsempfindlichkeit ergeben sich höhere Anforderungen an die Erdbauprozesse. Nach dem Lösen aus dem Gebirgsverband können diese Gesteine bis zum Einbauen und Verdichten schnell zu einem gemischt- bis feinkörnigen Boden zerfallen. Dieser verwitterungsbedingte Zerfall kann zu einer Verschlechterung der bodenmechanischen Eigenschaften führen. Daher sollte eine Zwischenlagerung ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen wegen der Erhöhung des Feinkornanteils vermieden werden. Denn je höher der Feinkornanteil eines Bodens und damit seine spezifische Oberfläche ist, desto mehr Wasser kann an die Oberfläche der zugänglichen Tonminerale angelagert werden. Um das Sackungs- und Quellpotential weiter zu reduzieren, sind beim Einbau Luftporenanteile na ≤ 6 Vol.-% anzustreben. Der Einbau veränderlich fester Gesteine sollte wegen ihrer Witterungsanfälligkeit mindestens 1 m unterhalb der Böschungsoberfläche bzw. dem Planum erfolgen. Aufgrund ihrer Heterogenität sind außerdem Probefelder zur Überprüfung der Einbau- und Verdichtungsvorgaben zwingend erforderlich.
  • With the aim of improving sustainability and resource efficiency, the use of variable weak rocks as earthwork material must be increased in the future. The problem of variable weak rocks is that their soil-mechanical properties can change after being released from the mountain range under the influence of weathering processes. Therefore, their utilization is still hesitant. Systematic investigations of the bearing capacity and deformation behavior have already shown that the soil-mechanical properties depend not only on their composition and the internal binding forces, but also on their initial conditions and the degree of decay. Moreover, it was found that the swelling potential can be activated even by a disintegration of the diagenetic bonds. In order to be able to use variable weak rocks in earthworks close to the surface, a possible swelling potential should also be taken into account. Therefore, systematic swelling tests were carried out on six different swellable soils and rocks, depending on the initial conditions and the degree of decay. Since there is a linear relationship between swelling pressure and swelling strain, it can first be assessed with the help of the swelling pressure test whether swelling strain tests are necessary in the first place. For soils with a higher fine grain content (d < 0,06 mm) > 15 M.-%, and for soils that disintegrate quickly into a fine-grained soil (Id2 < 60%), swelling pressure tests should be carried out first. If, at the described limits of the classification parameters, the maximum swelling pressures are higher than σ > 100 kPa, then swelling strain tests and a clay mineral analysis must be additionally carried out. To summarize, variable weak rocks can be principally used as earthworks materials. Due to their weathering sensitivity, higher requirements on the earthmoving processes are necessary. After being released from the mountain range, variable weak rocks can disintegrate completely into a finer grained soil during the earthmoving processes. This decay leads to a deterioration of the soil-mechanical properties. Therefore, temporary storing without additional protective measures should be avoided because of the increase in the proportion of fine grains. Because the higher the fine grain content of a soil and thus its specific surface, the more water can be adsorbed onto the surface of the clay minerals. In order to reduce the sagging and swelling potential, a limitation of the air pores of na < 6 Vol.-% should be targeted. The installation should be carried out at least 1 m below the slope surface or below the levelled ground due to its weathering sensitivity. However, due to their heterogeneity, test fields are absolutely necessary for checking the placing and compaction specifications.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Roberto Cudmani, Dirk Heyer, Emanuel Birle, Paula Möller
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-25806
ISBN:978-3-95606-647-4
ISSN:0943-9323
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau (164)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2021/12/08
Date of first publication:2021/12/09
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2021/12/09
Number of pages:214
Comment:
Bericht zum Forschungsprojekt 05.0190
Untersuchung der Quellempfindlichkeit veränderlich fester Gesteine
bei der Verwendung als Erdbaustoff

Fachbetreuung
Michael Bürger

Referat
Nachhaltigkeit, Ressourcenschutz und Erdbaustoffe im Straßenbau
Institutes:Abteilung Straßenbautechnik
Licence (German):License LogoBASt

$Rev: 13581 $