Bodenmechanisches Labor

Im Labor zu untersuchende Bodenproben müssen die jeweils zu bestimmenden geotechnischen Eigenschaften generell möglichst unverfälscht aufweisen. Die Erfüllung dieser Forderung ist nicht nur eine Frage der Bohr- und Entnahmetechnik, des Transportes, der Verpackung und Lagerung sowie der Bearbeitung im Labor, sondern ist auch von der Bodenart abhängig. Bestehen Zweifel, ob die interessierenden Eigenschaften an Bodenproben bestimmbar sein werden, so sind zusätzlich Feldversuche auszuführen. Durch die Laborversuche werden physikalische Größen oder allgemein vereinbarte Kenngrößen bestimmt. In Abhängigkeit der festgelegten Güteklasse werden z. B. folgende Kennwerte ermittelt: Korngrößenverteilung, mineralischer Aufbau, Korndichte, Wassergehalt, Fließ- und Ausrollgrenze, Dichte und Glühverlust (DIN 18121 bis DIN18137).

Laborversuche sind in ausreichendem Umfang an allen maßgebenden Baustoffen und Bodenschichten durchzuführen, um eine Schwankungsbreite der Bodeneigenschaften zu erfassen. Der Umfang der Untersuchungen wird vom qualifizierten geotechnischen Fachmann festgelegt.

Der Leistungsbereich beschreibt geotechnische Laborversuche zur Bestimmung der bodenphysikalischen, sedimentologischen und mineralischen Kenngrößen von Lockergesteinen wie bodenklassifizierende Parameter, (Lagerungs-) dichte und Durchlässigkeit, Spannungs- / Verformungsverhalten sowie Festigkeit.

Humusgehalt per Glühverlust nach DIN 18128

Der Anteil des organischen Materials beeinflusst die Einteilung des Bodens in eine Bodengruppe. Durch Veraschung von Kohlenstoffverbindungen wird die präzise Bestimmung von Sanden mit geringem, mäßigem oder hohem Humusgehalt, sowie Torfen und Mudden ermöglicht.

Durch Erhitzen des Probenmaterials auf 550 °C in unserem Muffelofen, werden die organischen Anteile des zu untersuchenden Bodens verglüht. Bei dieser Veraschung kommt es zu einem Gewichtsverlust, der nach anschließender Abkühlung im Exsikkator mit Hilfe einer Präzisionswaage ermittelt werden kann. Die Differenz aus dem Probengewicht vor und nach der Veraschung ergibt schließlich den Anteil organischer Substanz.

Zustandsgrenzen nach DIN 18122

Die Bestimmung der Fließgrenze und Ausrollgrenze durch Versuchsanordnung nach Atterberg wird von uns durchgeführt, um Aussagen über die Konsistenz eines Bodens zu tätigen. Diese reicht von flüssig über breiig, weich, steif, halbfest bis hin zu fest und ist im Wesentlichen vom Wassergehalt und dem Feinkornanteil abhängig. Wichtige Kenngrößen sind hier die Konsistenzzahl und die Plastizitätszahl. Die Konsistenzzahl beschreibt den momentanen Zustand des Bodens zwischen flüssig und fest. Die Plastizitätszahl hingegen gibt Aufschluss über die Wasserempfindlichkeit. Das heißt, ob der Boden bei Hinzugabe von Wasser sehr schnell oder nur langsam in eine weichere Konsistenz umschlägt.

Die Ausrollgrenze ist durch den Moment definiert, an dem, bei Ausrollen des Bodens auf Filterpapier oder einer Glasplatte, das Röllchen mit 3 mm Durchmesser grobe Risse aufweist und es auseinander fällt. Durch wiederholtes, gleichmäßiges Ausrollen verliert die Probe nach und nach Wasser, wodurch man sich an die Ausrollgrenze annähert.

Für die Bestimmung der Fließgrenze wird ein Fließgrenzengerät nach Casagrande genutzt. Hierbei wird der Boden in einer Schale ausgetrichen und mit einer Furche versehen. Durch Schläge der Schale auf den massiven Fuß des Geräts, rutscht das Material zusammen, wodurch sich die Furche wieder schließt. Je nach Kornzusammensetzung und Wassergehalt wird hierfür eine unterschiedliche Anzahl Schläge benötigt, aus der sich die Fließgrenze berechnen lässt.

Proctordichte nach DIN 18127

Die Proctordichte beschreibt die höchste erreichbare Verdichtung eines Bodens im genormten Proctorversuch. Dafür wird das Bodenmaterial im genormten Proctortopf mit einem Proctorhammer (Procotrverdichter) verdichtet und ausgewogen. Bei wiederholter Durchführung wird dem Boden in jedem Durchlauf mehr Wasser hinzugefügt, wodurch sich beim Verdichten die Poren füllen. Sind schließlich alle Poren durch Wasser geschlossen, ergibt sich die höchstmögliche Verdichtung im Proctorversuch bei optimalem Wassergehalt.

Im Erdbau wird meist eine Lagerungsdichte von mindestens 95 % der Proctordichte verlangt. Der Verdichtungsgrad auf der Baustelle kann durchaus über 100 % der Proctordichte erreichen. Das liegt daran, dass der Proctorversuch einen genormten Versuch darstellt, der für Vergleichbarkeit in der Laborumgebung sorgt, aber nicht die maximale Verdichtungsarbeit leistet. Durch die Leistung moderner Geräte auf der Baustelle kann stärker verdichtet werden, als durch den Proctorverdichter mit einfachem Fallgewicht.

Normen und Empfehlungen

• DIN 18121-1, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Wassergehalt – Bestimmung durch Ofen-trocknung.
• DIN 18121-2, Baugrund – Untersuchungen von Bodenproben; Wassergehalt – Teil 2: Bestimmung durch Schnellverfahren
• DIN 18122-1, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) – Bestimmung der Fliess- und Ausrollgrenze.
• DIN 18122-2, Baugrund – Untersuchung von Bodenproben; Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) – Teil 2: Bestimmung der Schrumpfgrenze
• DIN 18123, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Korngrößenverteilung
• DIN 18124, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Korndichte – Kapillar-pyknometer, Weithalspyknometer
• DIN 18125-1, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Dichte des Bodens – Teil 1: Laborversuche
• DIN 18125-2, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Dichte des Bodens – Teil 2: Feldversuche
• DIN 18126, Baugrund, Versuche und Versuchsgeräte – Bestimmung der Dichte nichtbindiger Böden bei lockerster und dichtester Lagerung.
• DIN 18127, Baugrund, Versuche und Versuchsgeräte – Proctorversuch.
• DIN 18128, Baugrund – Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung des Glühverlustes.
• DIN 18129, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Kalkgehaltsbestimmung
• DIN 18130, Baugrund – Untersuchung von Bodenproben; Bestimmung des Wasserdurchlässigkeitsbei-werts.
• DIN 18132, Baugrund, Versuche und Versuchsgeräte – Bestimmung des Wasseraufnahmevermögens.
• DIN 18136, Baugrund – Untersuchung von Bodenproben – Einaxialer Druckversuch
• DIN 18196:1988-10, Erd- und Grundbau – Bodenklassifikationen für bautechnische Zwecke.

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