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Feldpraktikum zu Bodenmechanik und Felsmechanik. Rammsondierung und Rammkernsondierung

von Daniel Slowik (Autor) Jörg-Jan Stoof (Autor) Alexander Hopf (Autor) Sebastian Wolf (Autor)

Praktikumsbericht / -arbeit 2014 10 Seiten

Geowissenschaften / Geographie - Geologie, Mineralogie, Bodenkunde

Leseprobe

Inhalt

1 Einführung

2 Versuchsaufbau, Geräte und Versuchsdurchführung
2.1 Rammkernsonde
2.2 Rammsonde

3 Ergebnisse
3.1 Rammkernsondierung
3.2 Rammsondierung

4 Zusammenfassung / Interpretation

5 Quellen

1 Einführung

Gegenstand der Geländeübung ist das Regenrückhaltebecken (RRB) Höllenbach 2, im Wermelskirchener Ortsteil Preyersmühle, welches im Falle eines Starkniederschlagsereignisses dazu dient, überschüssiges Wasser aufzunehmen und retardiert dem Gewässer wieder zuzuführen. Somit dient ein RRB dazu, den Scheitelabfluss einer Hochwasserwelle zu kappen und somit die Unterlieger vor extremen Hochwasserabflüssen zu schützen. Im vorliegenden Fall zeichnen sich die Unterlieger durch eine besonders sensible Nutzung in Form von Gewerbenutzung aus.

Abbildung 1: Übersichtsplan zum Untersuchungsgebiet (Quelle: eigene Darstellung)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das RRB schließt an den oberliegenden Vorfluter Höllenbach an und befindet sich in einem bewaldeten Bereich unterhalb der großen, gleichnamigen Autobahnbrücke, Talbrücke Höllenbach. Im höher gelegenen Oberlauf befindet sich zudem ein weiteres RRB (Höllenbach 1) (vgl. Abbildung 1). Abbildung 1 zeigt die Lage der genannten Elemente zueinander und weist deutlich das Potenzial auf, welches aus einem verbesserten Hochwassermanagement für das unterliegende Gewerbegebiet in Bezug auf Risikominderungen besteht.

Höllenbach 1 weist ein Retentionsvolumen von 1.200 m³ und Höllenbach 2 ein Volumen von 470 m³ auf (Wupperverband 2003). Der Wupperverband ist seit 1992 im Besitz des RRB und ist seitdem gemäß §87 LWG Betreibungspflichtiger (ebenda). Aufgrund von Schadensmeldungen aus dem unterliegenden Gewerbegebiet durch Überschwemmungen ist für den betreibungspflichtigen Wupperverband eine Abschätzung der örtlichen Verhältnisse notwendig. Zur Verbesserung des Hochwasserrückhaltemanagements stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Eine Möglichkeit ist die Erhöhung des Deiches und somit eine Vergrößerung des Retentionsvolumens im Regenrückhaltebecken.

Hierzu wurde durch den betreibenden Wupperverband die TFH Bochum mit der Begutachtung des Dammbereiches beauftragt. Ziel ist die Abschätzung der Standfestigkeit, da ursprünglich vorhandene Aufzeichnungen über den Deichaufbau beim Eigentumsübergang des RÜB von der Stadt Wermelskirchen zum Wupperverband verloren gegangen sind.

2 Versuchsaufbau, Geräte und Versuchsdurchführung

Im Folgenden werden die verwendeten Geräte und Verfahren beschrieben. Anschließend erfolgt die Beschreibung der Versuchsdurchführung.

2.1 Rammkernsonde

Für die vorliegende Untersuchung wurden 2´´ bzw. 5´´ Sonden, Verlängerungsstangen, Schlagköpfe, sowie ein hydraulisches Zielgerät benötigt (vgl. Abbildung 2). Die Sonde wird mit Hilfe eines pneumatischen Schlaghammers (Presslufthammer) in das anstehende Material eingetrieben und nach Erreichen der gewünschten Teufe mit Hilfe des Ziehgerätes geborgen.

Abbildung 2: benötigte Materialien für eine Rammkernsondierung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Rammsonde wird mit Hilfe des pneumatischen Schlaghammers mit leichter Drehung im Uhrzeigersinn in das anstehende Material getrieben, bis die gewünschte Teufe erreicht ist. Die leichte Drehung ist notwendig, da die Rammsonde über eine scharfkantige Scheerkante verfügt, die ein besseres Abstreifen der Probe im Untergrund ermöglichen soll. Beim ersten Eindringen wird die Sonde auf 2 m abgeteuft, da dies der Länge der Sonde ohne Verlängerungsstangen entspricht. Anschließend wird die Sonde mit Hilfe des hydraulischen Ziehgerätes geborgen und die gewonnene Probe begutachtet. Hierzu wird mit Hilfe eines Spachtels die Oberfläche frisch präpariert, um vorhandene Verschmierungen und Verschleppungen von Fremdmaterialien zu beseitigen. Anschließend wird die Sonde wieder abgeteuft. Der Anschluss der jeweils nächsten Bohrung befindet sich im direkten Anschluss an der vorherigen, so dass möglichst eine durchgängige Probennahme durchgeführt werden kann.

2.2 Rammsonde

Im vorliegenden Fall wurde eine schwere Rammsondierung (DPH) durchgeführt. Hierbei wird über eine mechanische Vorrichtung die Sonde mit einer definierten Oberfläche (hier: 15 cm²), einem definierten Gewicht (hier: 50 kg) und einer definierten Fallhöhe (hier: 50 cm) in das anstehende Material gerammt. Die Anzahl der benötigten Schläge je 10 cm Eindringtiefe wird als Maß für den Eindringwiderstand angenommen.

3 Ergebnisse

3.1 Rammkernsondierung

Die Rammkernsondierung wurde in mehreren Etappen durchgeführt und beschreibt eine Gesamttiefe von 5,70 m. Die Ergebnisse wurden sowohl in der alten als auch neuen DIN Schreibweise dokumentiert.

Bei den ersten 15 cm handelt es sich um eine humose Anschüttung, welche die Dammdecke und -wände bildet und ganz typisch von organischen Bestandteilen geprägt, sowie von Gras bewachsen ist. Die organische Auflage bildet einen Erosionsschutz für die Dammaufschüttung. Diese beginnt in einer Tiefe von 15 cm unterhalb der Oberkante. Hierbei handelt es sich primär um schluffiges Material, welches wechselnde Anteile an Sand und Kies aufweist. Insgesamt zeigen die einzelnen Schichten nur geringe Variabilitäten in der Zusammensetzung. Änderungen wurden vor allem in den Feuchte- bzw. Konsistenzstufen und der Zusammensetzung der Nebenbestandteile registriert (vgl. Tabelle 1). Grundsätzlich kann das Profil unterhalb der organischen Auflage als Aufschüttung aus sandig, kiesigem Schluff angesprochen werden. Ausnahmen bilden die Bereiche zwischen 0,55-0,70 cm, 2,05–2,10 und 2,10-2,35 unter GOK. Die ersten beiden Bereiche wurden als schwach sandiger, schwach schluffiger Kies und der dritte Bereich als schwach kiesiger Sand angesprochen. Somit sind im Gegensatz zu den übrigen Bereichen mit bindigen Böden und ihren Konsistenzstufen, in diesem Bereich rollige Böden mit entsprechenden Feuchtestufen angetroffen worden. Als Fremdbestandteile wurden vor allem organische Bestandteile (Wurzel- und Pflanzenreste) sowie Ziegelreste in einigen Abschnitten festgestellt. Dabei wurden die organischen Bestandteile eher in den oberen Schichten und die Ziegelreste in tieferen Bereichen angetroffen.

Tabelle 1: Ergebnisse der Rammkernsondierung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Eine weitere Besonderheit bildet die zweite Schicht (0,15-0,55 cm unter GOK). Hier lag der Kiesanteil über 50%. Weiterhin wurden Fremdbestandteile in Form von Ton- bzw. Schluffstein in stark angewittertem Zustand und plattiger Struktur festgestellt.

Unterhalb 4,20 m unter GOK wurde keine Aufschüttung mehr angesprochen, so dass hier davon Ausgegangen werden kann, dass der gewachsene Boden angetroffen wurde. Im Bereich von 4,20-5,05 m unter GOK wurde der Boden als kiesig, sandiger Schluff und im Bereich von 5,05-5,70 unter GOK als schluffig, sanidger Kies angesprochen.

In den Bereichen 0,70-1,00, 2,50-2,55 und 3,80-4,20 m unter GOK wurden Kernverluste erlitten. Die Feuchte- bzw. Konsistenzstufen zeigen kein einheitliches Bild. Bereiche mit höheren Wassergehalten wechseln sich mit trockeneren Bereichen ab. Höhere Wassergehalte sind vor allem im oberen und unteren Teil des Profils und trockenere Bereiche eher im mittleren Teil festgestellt worden. Als Besonderheit ist hier festzustellen, dass im Bereich von 1,15-1,50 m unter GOK Wasser beim Kopftest austrat.

3.2 Rammsondierung

Die Rammsondierung wurde bis zu einer Tiefe von 6,9 m durchgeführt. Dabei wurde ein Gestänge, auf mechanisch-elektrischem Wege, mittels eines Gewichtkopfes, in den Boden gerammt. Die Schlagzahlen je 10 cm Eindringtiefe sind ein Maß für den Eindringwiederstand und lassen somit Rückschlüsse auf den Lagerungszustand bzw. die Verdichtung des Untergrundes zu. Darauf aufbauend können Aussagen über die Stabilität des Dammes und dessen Fähigkeit weitere Auflasten zu tolerieren getroffen werden. Weiterhin können hierrüber die zuvor angesprochenen Schichtgrenzen verifiziert werden, da bei einem Wechsel des Eindringwiederstandes die Kriterien eines Schichtüberganges erfüllt sind.

Tabelle 2: Ergebnisse der Rammsondierung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Schlagzahl sollte daher idealer Weise, mit zunehmender Tiefe, steigen und bei einer guten Bauweise, bereits in geringeren Tiefen, einige Zehnerschläge aufzeigen. Die Messergebnisse widersprechen jedoch diesem Prinzip und zeigen nahezu durchgehend geringe bis sehr geringe Schlagzahlen auf (vgl. Tabelle 2).

In Abbildung 3 sind die Ergebnisse der Rammsondierung (DPH) in Form eines Diagramm (Anzahl Schläge gegen die Teufe) dargestellt. Bis ca. 1 m ist ein Anstieg der Schlagzahlen von 1 auf 6 festzustellen. Mit größerer Teufe stabilisieren sich die Schlagzahlen im Bereich um 10 Schläge/10cm, bis zu einer Teufe von 5,90 m. Ab hier steigen die Schlagzahlen kontinuierlich an und erreichen bei 6,90 m das Abbruchkriterium von 100 Schlägen je 10cm. Auffällig und vom allgemeinen Trend abweichend präsentiert sich der Bereich 2,4 bis 2,9 m. Hier treten abweichend vom umgebenden Material (überwiegend <10 Schläge je 10 cm) Schlagzahlen zwischen 25 und 34 auf. Weiterhin wurden die Reibungswiederstände beim Drehen der Rammsonde mittels Drehmomentschlüssel je 1m Eindringtiefe erfasst. Hier zeigt sich ein Anstieg in den ersten beiden Metern teufe von 15 auf 30 Nm. Nach Durchstoßen des Bereiches mit höheren Schlagzahlen (2,4-2,9 m) steigen die Drehwiederstände auf 100 Nm an. Unterhalb dieses Bereiches wurden Drehwiederstände von ca. 80 Nm erfasst, die wiederum auf 90 Nm in der größten erfassten Teufe ansteigen.

Abbildung 3: Darstellung der Anzahl der benötigten Schläge je 10 cm Eindringtiefe gegen die Teufe

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4 Zusammenfassung / Interpretation

Die Auswertung der Rammkernsondierung ergab einen Aufbau des Deiches mit überwiegend bindigen Aufschüttungsmaterialen mit einer Mächtigkeit von 4,20 m. Überdeckt wird die Dammanschüttung von einer 0,15 m mächtigen organischen Auflage zum Erosionsschutz. Diese Dammanschüttung gründet auf kiesigien Schluffen bzw. schluffigen Kiesen. Da in diesem Bereich der Sondierungsuntersuchung keine Fremdbestandteile mehr angetroffen wurden, ist davon auszugehen, dass somit der gewachsene Boden in einer Teufe von 4,70 m angetroffen wurde. Aufgrund der geographischen Lage und der Morphologie des Geländes ist davon auszugehen, dass Auensedimente angetroffen wurden. Die Steilheit des Geländes und die damit einhergehende Reliefenergie erklären den hohen Anteil an grobkörnigen Bestandteilen.

Insgesamt erscheint der Damm aufgrund seines Aufbaues in seiner Standsicherheit beeinträchtigt. Vor allem die wechselnden Wassergehalte im Dammkörper lassen auf Inhomogenitäten und wechselnd gelagerte Durchlässigkeiten schließen, die sich ungünstig auf diese auswirken. Vor allem breiige Konsistenzen bei und nasse Feuchtestufen weisen auf diese ungünstigen Verhältnisse hin. Die im Bereich 0,55 – 0,70 m angetroffenen, schwefeligen Gerüche, deuten zudem darauf hin, dass wechselfeuchte bis wassergesättigte Zustände längerfristig bestehen.

Die Ergebnisse der Rammsondierung bestätigen diese Vermutungen. Die geringen Schlagzahlen im überwiegenden Bereich der Untersuchungsbohrung deuten auf wenig/gering verdichtete Materialien hin. Erst bei Erreichen des angenommenen, gewachsenen Bodens steigen diese an, so dass hier ebenfalls von ungünstigen Lagerungsverhältnissen ausgegangen werden kann. Der Bereich mit erhöhten Schlagzahlen im Damm (2,4-2,9 m) deutet auf höher Verdichtete bzw. im Vergleich zu hangenden und liegenden Bereichen anders geschüttetes Material. Dieses könnte sich ungünstig auf die Stabilität des Gesamtsystems auswirken, insofern Erosionsereignisse diesen Bereich von der Dammflanke erreichen könnten. In so einem Fall wäre die Kohärenz des Dammes insgesamt gefährdet.

Die Ausgangsfrage, ob eine Deicherhöhung als mögliches Szenario zur Verbesserung des Hochwassermanagements herangezogen werden kann, muss als fraglich eingestuft werden. Der angetroffene Zustand des Deiches scheint zusätzliche Auflasten durch eine Erhöhung der Deichkrone nicht zuzulassen.

Zur endgültigen Klärung der Frage könnten weitere Baugrunduntersuchungen, sowie Standsicherheitsberechnungen durchgeführt werden, um die angetroffene Situation zu bestätigen, auch wenn die Eindeutigkeit einiger Untersuchungsergebnisse (v.a. Wassergehalte, DPH) stark abweichende Ergebnisse für andere Dammbereiche bezweifeln lassen. Sollte eine Erhöhung der Deichkrone zur Vergrößerung des Retentionsvolumens notwendig werden, ist auf Grundlage der vorliegenden Ergebnisse eher dazu zu raten, den Damm auf die Gewünschte Höhe vollständig neu aufzubauen. Dieses wäre jedoch mit erheblichen Kosten verbunden, so dass eher eine andere Alternative zur Verbesserung des Hochwassermanagements zu empfehlen ist.

5 Quellen

Wupperverband [Hrsg.] 2003: http://www.wupperverband.de/t4/abk.nsf/c0f10c3888c67e34c1256d82003f0f37/30f6c31441a3f300c1256d62002f27ef?OpenDocument (online: 24.10.2014)

Abbildung 1: Ministerium für Inneres und Kommunales des Landes Nordrhein-Westfalen (o.J.): Geoportal.NRW.de (online: 28.102014)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Westfälische Wilhelms-Universität Münster / Lehrstuhl für Angewandte Geologie (2009): http://www.uni-muenster.de/GeoPalaeontologie/Geologie/Angewandte/HLL_Bohrgeraete_Bilder/DSCN3024.JPG (online: 23.10.2014)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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Details

Seiten
10
Jahr
2014
ISBN (eBook)
9783668198241
ISBN (Buch)
9783668198258
Dateigröße
1 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v320382
Institution / Hochschule
Technische Fachhochschule Georg Agricola für Rohstoff, Energie und Umwelt zu Bochum
Note
PV (Unbenotet)
Schlagworte
Rammsondierung Rammkernsondierung Deich Praktikum Auswertung Kernbeschreibung

Autoren

  • Daniel Slowik (Autor)

    6 Titel veröffentlicht

  • Jörg-Jan Stoof (Autor)

  • Alexander Hopf (Autor)

  • Sebastian Wolf (Autor)

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Titel: Feldpraktikum zu Bodenmechanik und Felsmechanik. Rammsondierung und Rammkernsondierung