54,99 €
Mehr erfahren.
- Herausgeber: Books on Demand
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2015
Das Original Handbuch des Spezialtiefbaus Band 1 Inhaltszusammenstellung Geologie Grundlagen des Spezialtiefbaus Bohrtechnik Tiefgründungstechnik Pfahlgründungen (allgemein) Bohrpfähle Verdrängungspfähle Holzrammpfähle Stahlbeton-Rammpfähle Stahlrammpfähle Ortbeton-Rammpfähle Verpresspfähle Spezialpfähle Rammtechnik
Das E-Book können Sie in Legimi-Apps oder einer beliebigen App lesen, die das folgende Format unterstützen:
Seitenzahl: 704
Ähnliche
Quellenhinweise
Das Bild der Covervorderseite wurde freundlicherweise von der Bauer Spezialtiefbau GmbH, Schrobenhausen, zur verfügung gesdtellt. Es zeigt eine Baustelle in Sofia, Bulgarien mit Großbohrpfählen Durchmesser 118 cm in Längen bis zu 30 m
Firmeninserate finden Sie auf folgenden Seiten:
Sennebogen
Bauer Maschinentechnik
Leffer
ABF
Bauer Maschinentechnik
Bauer Spezialtiefbautechnik
Kurt Fredrich
Klemm
Ischebeck
MGF
Prime Drilling
Zu den Bildquellen im Allgemeinen
Die Quellen stehen in eckigen Klammern [L-1.] bzw. [F-1.] die sich auf das “Literaturverzeichnis“ oder das „Verzeichnis der Firmenunterlagen“ beziehen. Wo das nicht der Fall ist, ergibt sich die Quelle aus dem Text (Firmenname) oder sie stammen aus eigenen Quellen.
Vorwort zu Band 1 uns 2
Grundlagen dieses Buches sind die Auflagen 1 und 2 des gleichnanigen Buches “Handbuch des Spezialtiefbaus – Geräte und Verfahren“ von 1998 und 2001, erschienen im Werner Verlag, Düsseldorf. Es war und ist noch heute das Standardwerk der Spezialtiefbautechnik .Auf vielfachen Wwunsch hat der Autor sich entschlossen, das Buch mit mehreren Erweiterungen (Horizontalbohrtechnik mit HDD-Verfahren, Geothermietechnik und weiteren Verbesserun z. B. farbige Abbildungen, neue Verfahren und aktuelle Gerätetechnik), nochmals herauszugeben.Herstellungsbeding erscheint es in 2 Bänden mit je ca. 700 Seiten, was wegen der besseren Handlichkeit begrüßt wurde.
So macht es heute die moderne Gerätetechnik möglich, Bohrpfähle mit einem Durchmesser von 400 cm bis zu einer Tiefe von 100 m herzustellen. Bauvorhaben mit hohem Bauwerken und hohen lassen in Bereichen mit tief liegenden tragfähigen Schichten zu errichten. Diese Gründungselemente können hohe Vertikal-, Horizontal- und Zugkräfte aufnehmen.
Die Anwendung der sehr komplexen Spezialtiefbautechnik mit der hochgradigen Mechanisierung setzt neben einem Grundwissen umfassende Kenntnisse im Ingenieurbau, in der Konstruktion, Festigkeitslehre und Statik voraus. Schwerwiegende Schäden bei der Ausführung von Spezialtiefbauarbeiten zeigen, dass die Anwendung neuer Verfahren nicht unproblematisch ist und somit große Erfahrungen vorausgesetzt werden müssen.
Neben Grundlagen in der Geologie und Mineralogie wird mit diesem Buch der neueste Stand der Spezialtiefbautechnik einschließlich der auf dem Markt angebotenen Spezialgeräte dargestellt. Neben den Standardausführungssystemen wird auf Sonder- und Spezialsysteme ausführlich eingegangen.
In den einzelnen Kapiteln werden die Maschinenkomponenten des jeweiligen Verfahrens dargestellt. Die Ausführung wird mit praktischen Hinweisen beschrieben, durch Abbildungen, Skizzen und Kenndaten ergänzt und der rationelle Einsatz erläutert. Dabei wird den neuesten Entwicklungen in der Steuerung, Programmierung und Protokollierung von Arbeitsabläufen besondere Beachtung geschenkt.
Ein gesonderter Abschnitt gilt den jeweiligen Ausführungsrisiken und den damit verbundenen versicherungstechnischen Problemen.
Des Weiteren wird besonderer Wert auf die Beachtung der Arbeitssicherheit bei der Abwicklung von Grundbaumaßnahmen und im Umgang mit den Spezialgeräten unter Beachtung der Unfallverhütungsvorschriften gelegt.
Ausführlich wurde das Thema Arbeitsvorbereitung praxisnah behandelt, die einen maßgebenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit bei der Abwicklung eines Auftrages hat.
Neben der Geräte- und Werkzeugtechnik wurden die inzwischen neu entwickelten Verfahrenstechniken in verschiedenen Bereichen berücksichtigt. Hierzu gehören die ,,Rammtechnik“ und das ,,Arbeiten in kontaminierten Bereichen‘‘. Die Ausführungen zum Thema „Vertrags- und Rechtsfragen in der Spezialtiefbautechnik“ berücksichtigen
die besonderen Probleme im Grundbau und Baugrund. Im Abschnitt „Qualitätsmanagement in der Spezialtiefbautechnik“ finde die zunehmende Bedeutung der Qualität und Funktionsfähigkeit seit Öffnung des europäischen Marktes Beachtung.
Einen großen Raum nimmt die Erdwärmegewinnung (Geothermie) ein. Dabei wird auch auf die Risiken der Erdwärmebohrungen hingewiesen.
Die Horizontalbohrtechnik und hier insbesondere das HDD-Verfahren, nimmt sehr stark an Bedeutung zu, daher gilt ein besonderes Kapitel dieser Technik.
Da immer noch Bomben und Munition aus dem letzten Krieg bei Spezial Tiefbauarbeiten aber auch bei sonstigen Baggerarbeiten zu schweren Unglücksfällen führen, habe ich dieses Thema ebenfalls behandelt.
Erfahrungen aus der Praxis in Bezug auf Kalkulationsrisiken und hier insbesondere bei den Vertragsbedingungen, die zum Teil der VOB widersprechen, sind verständlich dargestellt und können somit dem Praktiker eine wertvolle Unterstützung sein.
Vorrangig wendet sich das Buch an Studierende im Bauingenieurwesen und der Geotechnik sowie an Architekten, Fachingenieure, Bauherren, Bauunternehmer und Planende. Es soll insbesondere auch die ausführenden Unternehmen bei der Auswahl und Beurteilung von Verfahren und Geräten unterstützen.
Neben den persönlichen umfangreichen Erfahrungen haben viele Fachfirmen, Baumaschinenhersteller und Fachingenieurbüros, die im „Verzeichnis der Firmenunterlagen“ aufgeführt sind, zum Gelingen des Buches beigetragen.
Mein Dank außerdem dem Verlag für die stets gute Zusammenarbeit.
Bedingt durch lange Bearbeitungszeit des vorliegenden umfangreichen Werkes, ist es möglich, dass sowohl Verfahren und Geräte als auch die Normen sich bis zum Erscheinen des Buches geringfügig verändert haben. Das betrifft ganz besonders die DIN-Normen, wo durch die Umstellung auf die EN-Normen ständig Änderungen eingeführt werden. Dies bedeutet aber nicht, dass die alten Normen nicht verwendet werden dürfen, soweit diese keinen sicherheitstechnischen Hintergrund enthalten.
In der Gerätetechnik wurden absichtlich auch ältere Gerätesysteme erwähnt, da die sehr teuren Spezialtiefbaugeräte keinem Modetrend unterworfen sind. Nicht wenige Geräte sind bei den Anwendern bis zu 20 Jahre und länger mit gutem Erfolg im Einsatz.
Dieses Buch ist vorwiegend für die Praxis gedacht, daher wurde – von wenigen Ausnahmen abgesehen – auf Berechnungen und statische Nachweise verzichtet. Hierzu wird auf die zahlreichen Fachbücher (z. B. beim Beuth-Verlag) hingewiesen.
Die Herstellung des Buches erfolgt aus Kostengründen im Digitalverfahren. Hiermit kann nicht die Qualität eines Siebdruckes erreicht werden. Für Fachbücher und ähnliche Literatur wird heute aber aus Kostengründen vorwiegend das Digitalverfahren angewendet.
Verzeichnis der Kapitel für Band 1
Kapitel Inhalt
A
Gelogie
B + C
Nicht belegt
E
Bohrtechnik
F
Tiefgründungen
G
Rammtechnik
Anhang bestehend aus
Verzeichnis von DIN-Vorschriften und Regeln
Vereichnis der Firmeninformationen
Stichwortverzeichnis
Werbungshinweise
Inhaltsverzeichnis
A Geologie
1 Allgemeines
2 Aufbau der Erdkruste
3 Tektonik
3.1 Störungs- oder Bruchtektonik
3.2 Faltentektonik
3.3 Überschiebungstektonik
4 Erdgeschichtliche Untergliederung
4.1 Erdaltertum (Paläozoikum)
4.2 Erdmittelalter (Mesozoikum)
4.3 Erdneuzeit (Känozoikum)
5.1 Exogene (äußere) Kräfte
5.2 Endogene (innere) Kräfte
6 Festgesteine
6.1 Tiefen- und Ganggesteine
6.2 Ergussgesteine oder Vulkanite
6.2.1 Wichtige Vulkangesteine
6.3 Schichtgesteine
6.3.1 Mechanische Schichtgesteine
6.3.2 Verfestigte Trümmergesteine
6.3.3 Verschiedene Trümmergesteine
6.3.4 Chemische Schichtgesteine
6.3.5 Organische Schichtgesteine
6.3.6 Umwandlungsgesteine
6.4 Gesteinsbildende Mineralien
6.5 Lagerungsformen der Erstarrungsgesteine
6.6 Lagerungsformen der Schichtgesteine
6.7 Schichtenbiegungen (Falten)
6.8 Schichtenzerreißungen (Verwerfungen)
7 Böden (Lockergesteine)
7.1 Entstehungen
7.2 Einteilung der Böden
8 Grundwasser und Quellen
8.1 Wasserkreislauf
8.2 Grundwasser
8.2.1 Grundbegriffe der Hydrologie
8.3 Quellen
D Grundlagen des Spezialtiefbaus
Allgemeines
Arbeitsbereiche des Spezialtiefbaus
Vorbereitende Maßnahmen
Begriffe des Spezialtiefbaus
E Bohrtechnik
Allgemeines
Geräte
2.1 Seilbagger
2.1.1 Baugruppen
2.1.2 Mobilseilbagger
2.1.3 Raupenseilbagger
2.2 Hydraulikbagger
2.2.1 Mobil-Hydraulikbagger
2.2.3 Raupen-Hydraulikbagger als Trägergeräte
2.3 Drehbohrgeräte
2.3.1 Drehbohreinrichtungen ohne Führung
2.3.2 Drehbohrgeräte mit feststehenden Drehantrieben
2.3.3 Drehbohrgeräte mit geführten Drehantrieben
2.3.4 Gerätebaugruppen
2.3.4 Großdrehbohrgeräte einiger Hersteller
2.3.5 PDE – Prozessdatenerfassung
2.4 Spülbohrgeräte
2.3.2 Spülbohranlagen
2.5 Verrohrungseinrichtungen
2.5.1 Statische Auflast
2.5.2 Hydraulische Verrohrungsmaschinen – oszillierend
2.5.4 Hydraulische Verrohrungsmaschinen – durchdrehend
2.5.4 Verrohrung über den Kraftdrehkopf (Primärverrohrung)
2.5.5 HW-Verfahren (pneumatisches System)
2.5.6 Vibrationsverfahren
2.6 Sondergeräte
2.6.1 Allgemeines
2.7 Verrohrung
2.7.1 Allgemeines
2.7.2 Bohrrohre ohne Verbindungselemente
2.6.3 Nietbohrrohre (Brunnenrohre)
2.7.3 Bohrrohre mit Gewindeverbindung
2.7.4 Bohrrohre mit Bajonettverschluss
2.7.5 Bohrrohre mit Schnellverbindung (Nippelbohrrohre)
2.7.6 Schneidschuhe
2.7.7 Schneidschuhbestückung
2.7.8 Zubehör
2.7.9 Grundsätzliche Hinweise
2.8 Schlagbohrwerkzeuge
2.8.1 Allgemeines
2.8.2 Mechanische Seilbohrgreifer
2.8.3 Bohrgreifer-Einseilbetrieb
2.8.4 Bohrgreifer-Zweiseilbetrieb
2.8.5 Greifersysteme
2.8.6 Seilbohrgreifer System Leffer
2.8.6 Kiespumpen
2.8.7 Schlamm- und Schlagbüchsen
2.8.8 Bohrmeißel
Drehbohrwerkzeuge
3.1 Allgemeines
3.2 Meißel und Pilotbohrer für Drehbohrwerkzeuge
3.2.1 Allgemeines
3.2.2 Schneidenausbildung für rollige Böden
3.2.3 Schneidenausbildung für bindige Böden
3.2.4 Meißelbestückung für Fels und felsähnliche Böden
3.2.5 Wahl der Piloten
3.2.6 Sonderformen
3.2.7 Normalbohrschnecken
3.3 Bohrverfahren mit durchgehenden Bohrschnecken
3.3.1 Allgemeines
3.3.2 Teilverdrängungsbohrschnecken
3.3.3 Vollverdrängungsbohrschnecken
3.3.4 Automatische Bohrrohrkupplungen
3.3.5 Schneckenabstreifer
3.4 Tiefloch-Bohrhämmer
3.4.1 Allgemeines
3.4.2 System der Tieflochhammerbohrung
3.4.3 Nutzungshinweise für Imloch-Bohrhämmer
3.5 Spülbohrverfahren mit Rollenmeißel-Flachbohrköpfen
3.6 Sonstige Geräte
Großloch-Bohrtechnik
4.1 Großbohrungen für Schächte
4.3 Schachtausbau
4.4 Schachtbohrsystem (SBS) der Herrenknecht AG
4.4.1 Vorbemerkungen
4.4.2 Systembeschreibung
4.5 Schacht-Großbohranlage VSM 2500 von Herrenknecht
4.5.1 Vorwort
4.5.2 Erfahrungen während der Bauphase
4.6 Weiterentwicklungen und weitere Schachtbauprojekte
4.7 Ausblick
4.8 Aufsatzbohranlagen
4.8.1 Aufsatzbohranlagen System Wirth
4.9 Bauer Flydrill System
F Tiefgründungen
Allgemeines
Pfahlgründungen
2.1 Allgemeines
2.2 Allgemeine Konstruktionsgrundlagen
2.2.1 Pfahlanordnungsregeln
2.2.2 Pfahlabstände und Einbindelängen
2.2.3 Lastangriff und Lastabtragung
2.3.2 Negative Mantelreibung
2.3.3 Spitzenwiderstand
2.3.4 Horizontale Belastung von Pfählen
2.3.5 Stehende Pfahlgründung
2.3.6 Schwebende Pfahlgründung
2.3.7 Zugpfähle
2.3.8 Schutzpfähle
2.4 Wahl der Pfahlart
2.5 Tragfähigkeit von Pfählen
2.6 Pfahlarten
Bohrpfähle
3.1 Allgemeines
3.2 Vor- und Nachteile
3.2.1 Vorteile
3.2.2 Nachteile
3.3 Vorschriften und Regeln
3.3.1 Allgemeines
3.3.2 Definitionen und Geltungsbereiche
3.3.3 Wesentliche Regeln der EN DIN 1536
3.4 Geräte- und Werkzeugtechnik
3.4.1 Betoniergeräte
3.4.3 Arbeitskörbe bzw. -bühnen
3.4.4 Pumpen
3.4.4 Befahrungskorb
3.5 Einbaustoffe und Materialien
3.5.1 Allgemeines
3.5.2 Beton
3.5.3 Bewehrung
3.5.4 Stützflüssigkeit
3.6 Arbeitsvorbereitung
3.6.1 Allgemeines
3.6.2 Baustellenbesichtigung und Anfahrtsbeschreibung
3.6.3 Gerätezusammenstellung
3.6.4 Transporte
3.6.5 Vorbereitende Maßnahmen auf der Baustelle
3.6.6 Maßnahmen während der Bohrpfahlherstellung
3.7 Verfahrenstechnik
3.7.1 Allgemeingültige Hinweise
3.8 Bohrpfahlherstellung im Greiferbohrverfahren
3.8.1 Allgemeines
3.8.2 Seilfreifallbohren mit dem Greifer
3.8.3 Seilfreifallbohren mit Schlamm- und Schlagbüchsen
3.8.4 Seilfreifallbohren mit der Kiespumpe
3.8.5 Seilfreifallbohren mit dem Meißel
3.8.6 Unverrohrtes Bohren in standfesten und wasserfreien Böden
3.8.7 Unverrohrtes Bohren mit Stützflüssigkeit
3.8.8 Verrohrtes Bohren mit statischer Auflast
3. 8.9 Verrohrtes Bohren bei Einsatz hydraulischer Verrohrungsmaschinen
3.8.10 Verrohrtes Greiferbohren bei eingeschränkter Arbeitshöhe
3.8.11 Verrohrtes Bohren nach dem HW-Verfahren
3.8.12 Verrohrtes Bohren im Rüttelverfahren
3.9 Bohrpfahlherstellung im Drehbohrverfahren
3.9.1 Allgemeines
3.9.2 Vorbereitungen
3.9.3 Pfahlherstellung im ohne Verrohrung
3.9.4 Pfahlherstellung im Kellybohrverfahren suspensionsgestützt
3.9.5 Pfahlherstellung im Kellybohrverfahren mit Primärverrohrung
3.9.6 Pfahlherstellung im Kellybohrverfahren mit externer Verrohrung
3.9.7 Pfahlherstellung mit durchgehender Hohlbohrschnecke
3.9.8 Pfahlherstellung im VdW-Verfahren
3.9.9 Spülbohrverfahren
3.9.10 Kombinierte Verfahren
3.9.11 Pfahlfußverbreiterungen
3.9.13 Mantel- und Fußverpressungen
3.9.14 Sonderverfahren
3.10 Bemessungsgrundlagen
3.10.1 Allgemeines
3.10.2 Äußere Tragfähigkeit
3.10.3 Bohrpfähle mit horizontaler Belastung
3.10.4 Pfahlgruppen
3.10.5 Zugpfähle und Zugpfahlgruppen
3.10.6 Innere Tragfähigkeit
3.11 Schlussbetrachtung
Verdrängungspfähle
4.1 Allgemeines
4.2 Definitionen und Geltungsbereiche
4.3 Geräte- und Werkzeugtechnik
4.3.1 Allgemeines
4.3.2 Bohr- und Rammgerüste
4.4 Dreh- und Zieheinrichtungen
4.4.1 Allgemeines
4.4.2 Drehantriebe
4.5.3 Rohrzieheinrichtungen
4.6 Betoniereinrichtungen
4.7 Ramm- und Bohrrohre
4.8 Sonstiges Zubehör
4.8.1 Allgemeines
4.8.2 Pfahl- und Rohrführungen
4.9 Fertigpfähle
4.9.1 Allgemeines
4.9.2 Holzrammpfähle
4.9.3 Stahlrammpfähle
4.9.4 Stahlbetonrammpfähle
4.9.5 Arbeitsvorbereitung
4.9.6 Verfahrenstechnik
4.9.7 Bemessungsgrundlagen
4.10 Ortbeton-Verdrängungspfähle
4.10.1 Allgemeines
4.10.2 Ortbeton-Verdrängungsbohrpfähle
4.10.3 Ortbeton-Rammpfähle
4.11 Verpresste Verdrängungspfähle
4.11.1 Allgemeines
4.11.2 Normung
4.11.3 Vor- und Nachteile
4.11.4 Arbeitsvorbereitung
4.11.5 Einbaustoffe und Materialien
4.11.6 Pfahlsysteme
4.12 Spezielle Verdrängungspfähle
4.12.1 Allgemeines
4.12.2 Eingepresste Verdrängungspfähle
4.12.3 Stahlrohrpfähle
Verpresspfähle mit kleinem Durchmesser nach DIN 14199
5.1 Allgemeines und Normung
5.2 Vorschriften und Regeln
5.2.2 Begriffe
5.2.3 Erkundung des Baugrunds
5.2.4 Erkundung bestehender baulicher Anlagen
5.2.5 Konstruktion des Einzelpfahls
5.3 Vor- und Nachteile
5.4 Geräte- und Werkzeugtechnik
5.4.1 Allgemeines
5.4.2 Bohrgeräte
5.4.3 Misch- und Verpressgeräte
5.4.4 Bohrrohre und Bohrgestänge
5.4.5 Kraftdrehköpfe und Bohrhämmer
5.5 Arbeitsvorbereitung
5.6 Einbaustoffe und Materialien
5.7 Verfahrenstechnik
5.7.1 Allgemeines
5.7.2 Verpresspfahl
5.7.3 Ortbetonpfahl
5.7.4 Verbundpfahl
5.7.5 Verbundpfahl als Mehrfach-Verpresspfahl
5.7.6 Pfahlsysteme
5.8 Bemessungsgrundlagen
5.8.1 Innere und äußere Tragfähigkeit
5.8.2 Nachweis der äußeren Tragfähigkeit
5.8.3 Nachweis der inneren Tragfähigkeit
5.8.4 Biegebeanspruchung
Spezialpfähle
6.1 Allgemeines
6.2 Normungen
6.3 Geräte- und Werkzeugtechnik
6.3.1 Allgemeines
6.3.2 Trägergeräte
6.3.3 Radlader
6.3.4 Mess-, Kontroll- und Erfassungseinrichtungen
6.3.5 Schleusenrüttler
6.3.6 Energie- und Hilfsgeräte
6.4 Arbeitsvorbereitung
6.5 Einbaustoffe und Materialien
6.6 Verfahrenstechnik
6.6.1 Allgemeines
6.6.2 Reine Rüttelstopfsäulen (RSS)
6.6.3 Vermörtelte Stopfsäulen (VSS)
6.6.5 Fertigmörtel-Stopfsäulen (FSS)
6.6.5 Betonrüttelsäulen (BRS)
6.6.6 Ortbeton-Rüttelpfähle u. Ortbeton-Stopfpfähle System Franki
6.6.7 Verfahren für pfahlartige Systeme
6.6.8 Hochdruckinjektions-(HDI)-Pfähle
Brunnengründungen und offene Senkkastengründungen
7.1 Allgemeines
7.2 Normung
7.3 Geräte- und Werkzeugtechnik
7.4 Arbeitsvorbereitung
7.5 Einbaustoffe und Materialien
7.6 Verfahrenstechnik
7.6.1 Allgemeines
7.6.2 Absenkvorgang
7.6.3 Handschachtung
7.6.4 Baggerschachtung
7.6.5 Schachtung mit Eimerkettenbagger
7.6.6 Hydromechanischer Aushub
7.6.7 Betonieren und Verfüllen
7.7 Anwendungsbeispiele
7.8 Bemessungsgrundlagen
7.8.1 Allgemeines
7.8.2 Äußere Tragfähigkeit
7.8.3 Innere Tragfähigkeit
Druckluftgründungen
8.1 Allgemeines
8.2 Vor- und Nachteile
8.3 Normung
8.4 Geräte- und Werkzeugtechnik
8.5 Arbeitsvorbereitung
8.6 Konstruktion der Senkkästen
8.6.1 Bauteile
8.6.2 Querschnittsformen
8.6.3 Schneiden
8.7 Verfahrenstechnik
8.8 Wiedergewinnbare Arbeitskammern
8.9 Anwendungsbeispiele
8.10 Bemessungsgrundlagen
G Rammtechnik
1 Allgemeines
3 Geräte- und Werkzeugtechnik
3.1 Allgemeines
3.2 Universalrammgeräte
3.2.1 Allgemeines
3.2.2 Universalrammen mit Teleskopmäkler
3.3 Mäkler
3.3.1 Allgemeines
3.3.2 Anbaumäkler
3.3.3 Schwingmäkler
3.3.4 Aufsteckmäkler
3.4 Gerät e für das schlagende Rammen
3.4.1 Allgemeines
3.4.2 Freifallrammen
3.4.3 Dampf- und Druckluftbären
3.4.4 Explosions-Rammbäre
3.4.5 Hydraulikrammbäre
3.4.6 Schnellschlaghämmer
3.4.7 Pfahlzieher
4 Geräte der Vibrationstechnik
4.1 Allgemeines
4.2 Wirkungsweise
4.3 Rammsysteme
4.4 Geräteaufbau
4.5 Grundlagen der Vibrationstechnik
4.6 Vorgänge bei der Vibrationsrammung
4.7 Kenndaten und Grundbegriffe der Vibrationstechnik
4.7.1 Systeme
4.7.2 Zusammenfassung
4.8 Vibratorsysteme
4.8.1 Allgemeines
4.8.2 Hydraulische Vibratoren in Standard-Frequenz
4.8.3 Hydraulische Vibratoren in Hochfrequenz-Technik
4.8.4 Hydraulische Hochfrequenz Vibratoren variablen Moment
4.8.5 Elektrovibratoren
4.8.6 Gürtelvibratoren
4.8.7 Vibratoren zum Anbau an Hydraulikbagger
4.9 Zusatzeinrichtungen für Vibratoren
4.9.1 Allgemeines
4.9.2 Traversen für Vibratoren
4.9.3 Klemmzangen für Vibratoren
4.9.4 Schwingungsdämpfer
4.9.5 Movax Seitengriff Vibrationsrammen
6 Ramm- und Vibrationstechnik bei Verbauarbeiten
6.1 Allgemeines
6.2 Baugrund- und Baustellenverhältnisse
6.3 Vorbereitungen
6.3.1 Allgemeines
6.3.2 Auswahl des Spundbohlenprofils
6.3.3 Auswahl des Ramm- und Trägergerätes
6.4 Einbringverfahren
6.4.1 Allgemeines
6.4.2 Fortlaufendes Einbringen
6.4.3 Staffelweises Einbringen
6.4.4 Fachweises Einbringen
6.4.5 Einrammen kombinierter Wände
6.4.6 Spundwandumschließungen
6.5 Einsatz von Flachprofilen
6.5.1 Allgemeines
6.5.2 Lagerung
6.5.3 Aufnehmen
6.5.4 Einrammvorgang
6.6 Mögliche Einflüsse auf den Rammvorgang
6.6.1 Allgemeines
6.6.2 Voreilen der Spundbohlen
6.6.3 Krafteinflüsse während des Rammens
6.6.4 Kräfteverteilung bei Staffelrammung
6.6.5 Praktische Hinweise und vorbeugende Maßnahmen
6.6.6 Unterschiedliche Einleitung der Rammenergie
6.6.7 Nacheilen der Spundbohlen
6.6.8 Neigung der Spundbohlen senkrecht zur Einrichtung
6.6.9 Deformierung der Spundbohlenköpfe
6.6.10 Mitziehen der Nachbarbohlen
6.6.12 Einbringtoleranzen
6.6.13 Arbeiten bei begrenzter lichter Höhe
6.6.14 Einbringen des Rammgutes unter Wasser
6.7 Einbringen von Profilträgern für den Bohlträgerverbau
6.7.1 Allgemeines
6.7.2 Einbringen ohne Bohren
6.7.3 Bohren und Rammen
6.7.4 Hinweise zur Bemessung
6.8 Zusatz- und Hilfsausrüstungen
6.8.1 Allgemeines
6.8.2 Spundwand-Rammhauben
6.8.3 Bohlenführungen am Mäkler
6.8.4 Führungsgerüste
6.6.5 Untere Bohlenführung
6.6.6 Anschlagmittel
6.6.7 Einfädelvorrichtung
6.6.8 Verstärkungsschuhe
6.6.9 Startgewicht
6.6.10 Signalgeber
6.7 Einbringhilfen
6.7.1 Allgemeines
6.7.2 Wahl der Stahlgüte und Spundwandprofile
6.7.3 Niederdruckspülen
6.7.4 Hochdruckspülen (HVT)
6.7.5 Lockerungsbohrungen
6.7.6 Bohrungen mit Bodenaustausch
6.7.7 Vorspalt- oder Lockerungssprengungen
6.7.8 Verwendung von Passbohlen bei Rammabweichungen
6.7.9 Grundsätzliches
7 Ziehen von Rammgut
7.1 Allgemeines
7.2 Maßnahmen zur Erleichterung der Zieharbeit
7.3 Ziehvorgang
7.4 Ziehgeräte
7.4.1 Statische Ziehgeräte
7.4.2 Hydraulische Zieheinrichtungen
7.4.3 Schlagende und vibrierende Ziehgeräte (Pfahlzieher)
7.5 Umweltbelastung bei der Ramm- und Vibrationstechnik
7.5.1 Allgemeines
7.5.2 Lärm- und Lärmschutzmaßnahmen
7.6 Lärmschutzmaßnahmen
7.6.1 Aktive Lärmschutzmaßnahmen
7.6.2 Passive Lärmschutzmaßnahmen
8 Erschütterungen
8.1 Allgemeines
8.2 Messsysteme
8.3 Empfindsamkeit des Menschen gegenüber Erschütterungen
8.4 Erschütterungsbeurteilung von Gebäuden
8.5 Empfehlungen zur Erschütterungsverringerung
9 Einpressverfahren
9.1 Allgemeines
9.2 Freireitende Spundwandpressen
9.3 Mäklergeführte Spundwandpressen
9.4 Geräte für den Anbau an Hydraulikbagger
9.5 Freischreitende Spundwandpressen
9.6 Einpressen mit Spülhilfe
9.7 Einpressen mit integrierter Bohrtechnik
9.8 Auswahlkriterien
Normen und Richtlinien in der Rammtechnik
A Geologie
1 Allgemeines
Wie die Geschichte aller Völker und Zeiten lehrt, hängt die Entwicklung eines Volkes, sein wirtschaftliches Leben sowie sein geistiger und kultureller Aufstieg weitgehend von der Beschaffenheit des Bodens, insbesondere den Mineralvorkommen und den Energiequellen seines Landes, ab. Auf dem Boden wachsen die für seine Ernährung und das Leben notwendigen land- und forstwirtschaftlichen Erzeugnisse. Die Gesteinsablagerungen bergen die für die Volkswirtschaft wertvollen mineralischen Rohstoffe, wie Brennstoffe, Salze und Erze.
2 Aufbau der Erdkruste
Die Erdkruste selbst baut sich aus verschiedenartigen Gesteinen auf. In ihren Schichten fließt das zur Erhaltung des Lebens unentbehrliche Grundwasser. Auch die für die Gesunderhaltung so wichtigen Heilquellen und Mineralwässer entspringen dem Boden. Schon daraus geht hervor, welche Bedeutung eine genaue Kenntnis des Erdbodens und zwar seiner äußeren Oberflächenformen, seiner gesteinsmäßigen Zusammensetzung, seines inneren Aufbaus, seiner Mineralvorkommen und ihrer Bildungsgeschichte besitzt.
Von ganz besonderem Wert sind diese Kenntnisse für den Bauingenieur, dessen Aufgabe es ist, Gebäude, Verkehrswege (z. B. Gleisanlagen, Straßen, Tunnel) und Versorgungseinrichtungen (z. B. Trink- und Abwasserversorgung, Strom- u. Telefonleitungen) zu planen und zu bauen. Dieses Wissen soll die Geologie, d. h. die Lehre von der stofflichen Zusammensetzung, dem Aufbau und der Entwicklungsgeschichte unserer Erde sowie des Lebens auf der Erde.
Die Geologie 1 ist zwar eine beschreibende und erklärende, letzten Endes aber eine „historische“ Wissenschaft.
In engster Verbindung mit der Geologie als Kernwissenschaft steht eine Reihe von Hilfswissenschaften, wie die Mineralogie, als Lehre von den Mineralen, d. h. den einzelnen Bausteinen der festen Erdkruste (Kohlen, Erze, Salze, Edelsteine und Bestandteile der Gesteine). Weiterhin gehören zur Geologie die Gesteinslehre oder Petrographie2 bzw. Petrologie und Petrochemie, d. h. die Lehre von den Gesteinen. Diese sind am Aufbau der Erdkruste beteiligt und bestehen aus Mineralen zusammengesetzter Mineralmassen.
Zur Geologie gehören ferner die Versteinerungslehre oder Paläontologie, die Lehre von den pflanzlichen und tierischen Lebewesen früherer Zeiträume und schließlich die Lagerstättenkunde als Lehre von dem Auftreten und den Entstehungsursachen der Anhäufungen nutzbarer Mineralien. Diese Kenntnisse unterstützen die richtige Auswahl der Bohrverfahren und Werkzeuge und damit deren Effektivität.
Als Baugrund kommt nur ein ganz geringer Teil der bis zu 60 km mächtigen Erdkruste in Frage. Davon sind gerade knapp 10 km durch Bohrungen oder Bergbau erschlossen. Für den Grundbau und damit den Baugrundaufschluss sind Tiefen bis zu 100 m möglich. Bedingt durch vulkanische Tätigkeiten, Verwerfungen, Faltungen usw. muss bei den Bohrarbeiten mit den unterschiedlichsten Gesteinsarten gerechnet werden. Die Beschaffenheit der festen Gesteine ist durch unmittelbare Beobachtungen an der Oberfläche und in der Tiefe (Bergbau und Bohrlöcher) bekannt. Der weitere Aufbau des Erdkörpers, insbesondere des Erdkerns wurde durch seismologische sowie geophysikalischen Beobachtungen und Untersuchungen erkundet. Die Erkenntnisse können zum Teil noch als „Hypothese“ gelten. Bekannt ist nicht einmal 1/1000 des Abstandes der Erdoberfläche zum Erdmittelpunkt. Fest steht nur, dass die Wärme mit der Tiefe zunimmt, dass das Erdinnere eine hohe Wichte hat und zum Teil glutflüssig ist.
Beweise für die ständige, wenn auch bisweilen unregelmäßige Zunahme der Wärme nach der Tiefe liefern uns u. a. Beobachtungen in Bohrlöchern, Bergwerken, Tunnels sowie heiße Quellen und die Vulkanausbrüche. Aus entsprechenden Messungen in Mitteleuropa ergibt sich, dass hier im Allgemeinen eine Temperaturerhöhung von 1°C auf je 30 m Tiefenzunahme eintritt (gegenüber um etwa 1°C auf 50 bis 120 m Tiefenzunahme z. B. auf dem amerikanischen Kontinent).
Die „geothermische Tiefenstufe“ ist aber durchaus nicht überall gleich. Beachtlich ist auch, dass sich in etwa 25 m Teufe trotz erheblicher Schwankungen der Außentemperatur im Sommer und Winter, um die ganze Erde eine neutrale Zone (mit gleichbleibender Temperatur von ca. + 9° C) hinzieht. Die erheblichen Schwankungen der Außentemperatur im Sommer und Winter reichen nicht bis zu dieser Zone, sondern halten sich im Gleichgewicht. Erst von hier ab kann man von der absoluten Gebirgstemperatur sprechen, die durch die geothermische Tiefenstufe bestimmt wird.
Deutschlands tiefste Bohrung, die so genannte „Kontinentaltiefbohrung“ in der Oberpfalz, musste bei 9.101 m aufgegeben werden, da die plastische Zone erreicht wurde. Die tiefste Bohrung ist zurzeit noch eine Ölbohrung in Oklahoma, USA, mit 9.558 m Endtiefe.
Die „Allgemeine Geologie“ untersucht den stofflichen Aufbau und die Struktur der Erde, die geologischen Kräfte, Prozesse und Phänomene sowie die dahinterstehenden Gesetzmäßigkeiten. Sie unterscheidet dabei zwischen exogenen und endogenen Kräften. Mit den Platten und ihren Bewegungen befasst sich die Plattentektonik. Gewissermaßen als Weiterentwicklung der „theoretischen Geologie“, die sich mit der
Entstehung der Erde befasst, hat im Laufe der Zeit die „praktische Geologie“, zu der „Ingenieur-Geologie“.
Man versteht darunter den Zweig der Geologie, der sich auf die Bedürfnisse des praktischen Lebens erstreckt. Hierzu gehört die Beschaffenheit der Erdkruste für die Sonderzwecke der Technik und Wirtschaft (Lagerstättenkunde, Grundwasserverhältnisse, Bauwesen, Wasserwirtschaft usw.). Sie liefert den planenden und berechnenden Ingenieuren für den Bereich der Bauindustrie und Bohrtechnik die notwendigen Grundlagen und Parameter.
3 Tektonik
In der Geologie bezeichnet Tektonik die Lehre vom Aufbau der Erdkruste in ihrer Struktur und großräumigen Bewegungen. Auch die Struktur des oberen Teils des Erdmantels (Lithosphäre) ist ein Betrachtungsfeld der Tektonik. Als Geotektonik werden die eher globalen Aspekte und die Theorien der Erdentwicklung bezeichnet.
Aus den im Gelände beobachteten Störungen und Faltungen von Gesteinspaketen sowie den Merkmalen der betroffenen Gesteine, wie Klüftung, Schieferung und Metamorphose, schließt der Geologe auf Richtung, Stärke, Dauer und Zeitpunkt dieser Bewegungen.
Nach den vorherrschenden geologischen Strukturen lassen sich unterscheiden:
3.1 Störungs- oder Bruchtektonik
Nahe der Erdoberfläche führt seitlicher Druck, aber auch Druckentlastung, zum Zerbrechen der Gesteinsschichten und zu Verschiebungen der Gesteinspakete gegeneinander, entlang von teilweise offenen Fugen, Klüften, Spalten und Verwerfungen.
Hierbei kommt es in der Regel nicht zu durchgreifender Faltung der Gesteine. Beispiele sind die Bildung von tektonischen Gräben und Horsten.
An der Einsenkung von Sedimentbecken und der seitlichen Verschiebung von Bereichen der Erdkruste gegeneinander ist Bruchtektonik oft beteiligt. Plötzlicher Spannungsabbau an den beteiligten Störungszonen erzeugt dabei ein Erdbeben.
3.2 Faltentektonik
Der genaue Zeitpunkt des Beginns der Faltung hängt von der Beschaffenheit der betroffenen Gesteine ab. Unter bestimmten Bedingungen treten Falten schon in geringer Tiefe unter der Erdoberfläche auf. In den meisten Fällen beginnen sich die Gesteine jedoch in größerer Tiefe, also bei höheren Drücken und Temperaturen, plastisch zu verformen (Duktilität) und werden gefaltet. Die Bildung von offenen Spalten ist nun nicht mehr möglich, und die Bewegung der Gesteinspakete gegeneinander findet nicht mehr nur an Störungen, sondern vor allem durch innere Verformung und Bewegung an regionalen Scherzonen statt. Die Gesteine unterliegen dabei einer Umwandlung, die metamorphe Gesteine erzeugt. Diese Umwandlung kann alle Gesteine einer Region betreffen (Regionalmetamorphose).
3.3 Überschiebungstektonik
Bei geeigneten Bedingungen können gefaltete wie ungefaltete Gesteine einander als tektonische Decken überschieben. Dabei können Gesteinspakete von großem Ausmaß über weite Entfernungen transportiert werden. Der Bau dieser Überschiebungskörper kann im Einzelnen sehr verwickelt sein.
Man unterscheidet 2 Bewegungsrichtungen: die Dilatation (Dehnung) und die Kompression (Einengung).
Bei der Dehnung entstehen Horst- und Grabenbrüche, Staffelbrüche und Abschiebungen.
Bei der Kompression werden Schichten verbogen, gefaltet, geschiefert, geklüftet, aufgeschoben, überschoben und parallel verschoben
4 Erdgeschichtliche Untergliederung
4.1 Erdaltertum (Paläozoikum)
Vor 530 bis 245 Millionen Jahren.
Abb. A-1: Steinkohlenwald des Karbons [RWE Power]
4.2 Erdmittelalter (Mesozoikum)
Vor 245 bis 65 Millionen Jahren (Zeitalter der Dinosaurier).
Abb. A-2: links: Dinosaurier des Erdmittelalters – rechts: Tiere der Eiszeit (Mammut) [L-7
4.3 Erdneuzeit (Känozoikum)
Vor 65 Millionen Jahren bis heute
Tabelle A-1: Erdgeschichtliche Untergliederung nach „Dachroth“- Teil 1
Tabelle A-2: Erdgeschichtliche Untergliederung nach „Dach Roth“ Teil 2
Aufgrund der vorgenannten Feststellungen und Annahmen kam man zu einer Einteilung des gesamten Erdkörpers in vier Kugelschalenzonen kommen (Abb. A 3).
Erdkruste, etwa 29 bis 56 km mächtig, aus sauren und basischen Gesteinen mit einer mittleren Dichte von etwa 2,7 g/cm3.
Erdmantel, etwa 1.200 km mächtig, aus den kieselsauren Verbindungen der Leicht- und Schwermetalle mit einer mittleren Dichte von etwa 3,4 g/cm3.
Zwischenschicht (Chalkosphäre3), etwa 1.700 km mächtig, aus verschiedenen Eisenverbindungen mit einer mittleren Dichte von ca. 6,4 g/cm3.
Eisen-Nickel-Kern (Barysphäre4), etwa 3.500 km mächtig, vorwiegend aus Eisen (etwa 90 %) sowie Nickel, Platin, Gold und anderen Bestandteilen. Die mittlere Dichte wird mit ca. 9,6 g/cm3 angenommen.
Aufbau und Form der Erdkruste werden bestimmt durch exogene (äußere) und endogene (innere) Kräfte.
5.1 Exogene (äußere) Kräfte
Exogene Kräfte wirken von außen; dazu gehören Luft (Wind), Wasser, Eis und die Sonneneinstrahlung. Exogene Vorgänge sind u. a. Erosion, Verwitterung und Sedimentation; sie sind maßgebend für die Entstehung der Böden. Die an einer Freilegung der Festlandsoberfläche durch Verwitterung bzw. flächenhafte Erniedrigung der Geländeformen beteiligten Abtragungskräfte werden unter dem Begriff der Denudation zusammengefasst.
Ihr Endziel ist die Einebnung von Hochflächen zu Rumpfflächen. Sie erfolgt durch die zwar langsam, aber pausenlos fortschreitende Ausräumung und Wegführung des verwitterten Gebirgsschuttes durch Regen, Eis und Wind (Erosion).
Durch die Erosion werden Gesteine und Minerale der Erdoberfläche, besonders die durch Verwitterung entstandenen Lockermassen und Böden, abgetragen und in ein tieferes Niveau verfrachtet. Unterschieden wird Erosion durch fließendes Wasser, durch Gletscher (Exaration), durch Wind (Deflation, Ablation) und durch die Brandung an Meeresküsten (Abrasion). Die Erosion hat die Tendenz – im Gegenspiel mit den inneren Kräften - die Relief- und Niveauunterschiede der Erdoberfläche auszugleichen und Gefälle zu verflachen (Abb. A-5).
Abb. A-4: Durch Sandschliff (Deflation) entstandene Gesteinsreliefs [L-7]
Neben der abblasenden und transportierenden Tätigkeit (z. B. Dünen) leistet der Wind auch außerdem eine ausnagende Arbeit (Deflation, Ablation).
Er greift den durch die Wirkung der Sonnenbestrahlung zermürbten Felsen durch den ständigen Anprall der von Wind bewegten Sandkörnchen (gleichsam wie ein Sandstrahlgebläse) mehr oder weniger stark an und schleift ihn dabei ab. Auf diese Weise entstehen ausgeprägte Gesteinsreliefs, besonders, wenn härtere und weichere Gesteinsbänke miteinander wechsellagern.
Endogene Kräfte wirken aus dem Erdinneren. Die Meeresbrandung (Abrasion) hat einen wesentlichen Einfluss auf die Gestaltung der Küste und anschließender Landgebiete. Hierbei wirkt sowohl die Kraft der Meereswogen als auch der Angriff der der Küste vorgelagerten und durch die Wellen bewegten Gesteinstrümmer auf diese ein.
Die Wirkung des Meeres setzt vielfach mit der Herausbildung einer Brandungshohlkehle (Abb. A-5) ein.
Abb. A-5: Durch die Wirkung des Wassers entstanden Felsentore (links) und Hohlkehlen (rechts) [L-7]
Abb. A-6 nicht belegt
Je nach der Beschaffenheit des Gesteins kommt es dabei nicht selten zu merkwürdigen Bildungen wie Felsentore (Abb. A-5), Grotten, Felsnadeln u. a. Im Laufe der Zeit kann die gesamte Steilküste landeinwärts rücken.
Gleichzeitige Senkung des Landes unter den Meeresspiegel beschleunigt diese Vorgänge.
Eindrucksvoll ist die Arbeit von fließendem Wasser, die unter anderem zu sonderbaren Escheinungen führt. So hat das Wasser Am Ritten bei Bozen Erdpfeiler (Erdpyramiden) herausgewaschen (Abb. A-7).
Abb. A-7: Erdpyramiden bei Bozen [L-7]
5.2 Endogene (innere) Kräfte
Sie gehen auf thermische Energie im Erdinneren zurück. Die Erde wird durch radioaktiven Zerfall aufgeheizt, und sie enthält Restwärme ihres ehemals glutflüssigen Urzustandes. Wärmeunterschiede bewirken Dichteunterschiede. Diese versuchen sich durch Bewegung auszugleichen. Die dadurch hervorgerufenen Kräfte sind für Plattenbewegungen, Vulkanismus und Platonismus, für Erdbeben sowie Hebungen und Senkungen der Erdkruste verantwortlich. Die Tektonik untersucht speziell die Strukturen, Deformationen und Störungen der Erdkruste z.B. Schichten, Falten, Verwerfungen. Mit den Platten und ihren Bewegungen befasst sich die Plattentektonik.
Die Vulkane sind eine Landschaftsform, die auf dem Festland oder auf dem Meeresboden durch vulkanische Aktivitäten, insbesondere durch die Förderung von Lava, vulkanischen Lockermassen und Gasen entstanden ist. Das Magma dringt aus dem Erdinneren durch einen oder mehrere Schlote oder durch Spalten an die Erdoberfläche. Je nach Zusammensetzung der Lava kann diese relativ ruhig ausfließen oder aber explosionsartig ausbrechen. Aus der erstarrten Lava und dem vulkanischen Lockermaterial (Vulkanite) baut sich der flache, deckenförmige oder kegelförmige Vulkan auf (Abb. A-10).
Am Ort der Eruption bildet sich meist ein Krater (Abb. A-8), der vielfach als Kratersee (Maar) ausgebildet ist (Abb. A-9). Nach Form und Aufbau des Vulkans werden u. a. unterschieden Schildvulkan, Schichtvulkan und Stratovulkan. Die Zahl der heute oder in historischer Zeit aktiven Vulkane wird auf etwa 500 geschätzt, wobei untermeerische Vulkane oder gletscherbedeckte Vulkane nicht berücksichtigt sind. Vulkane sind besonders zahlreich an den aktiven Rändern von Platten.
Abb. A-8: Schematische Darstellung eines Vulkans [L-7]
Abb. A-9: Schematischer Querschnitt durch ein Maar der Eifel [L-7]
Für die weiteren Betrachtungen wollen wir uns nur mit der Erdkruste befassen.
Diese besteht aus den zwei Gesteinsarten-Hauptgruppen und zwar
–
Festgesteine
und
–
Lockergesteine.
6 Festgesteine
Die Festgesteine werden unterteilt in:
–
Erstarrungsgesteine oder Eruptivgesteine,
–
kristalline Schiefer oder metamorphe Gesteine,
–
Schichtgesteine oder Sedimentgesteine.
Die Erstarrungsgesteine lassen sich weiter unterteilen in:
–
Tiefen- und Ganggesteine (hierzu gehören: Granit, Gabbro, Diorit),
–
Ergussgesteine (hierzu gehören: Quarz, Basalt, Diabas),
–
Kristalliner Schiefe (hierzu gehören: Gneis, Glimmerschiefer),
–
Schichtgesteine.
6.1 Tiefen- und Ganggesteine
Bei den Tiefen- und Ganggesteinen handelt es sich um Erstarrungsgesteine, die aus der Erdtiefe in Form lavaartiger Gesteinsschmelzen von hoher Temperatur unter Luftabschluss erkaltet und erstarrt sind. Vielfach ist das begrenzende Kontaktgestein durch die Hitzewirkung verändert.
Abb. A-10: Verschiedenartige Gesteinsablagerungen der Erstarrungsgesteine im Hinblick auf ihre Entstehung [L-7]
Zu den wichtigsten Vertretern gehören Granit (Abb. A-11), Syenit, Diorit, Gabbro, Diabas, Quarzporphyr und Piridoit. Hiervon gehört der Granit wohl zu dem bekanntesten und am weitesten verbreiteten Vertreter.
Er hat ein sehr feines Gefüge und besteht vorwiegend aus Feldspat, Quarz und Glimmer. Kennzeichnend für den Granit ist seine besonderen Gesetzen unterworfene Teilbarkeit und Klüftung. Er bildet den Kern vieler deutscher Mittelgebirge und der Alpen.
6.2 Ergussgesteine oder Vulkanite
Die Ergussgesteine stellen aus der Tiefe hochgestiegene und an der Erdoberfläche (bzw. am Meeresboden) schnell ohne Luftabschluss erstarrte Eruptivmassen dar, die meist ausgedehnte Decken bilden. Infolge des stark verminderten Druckes konnten die Gase schneller entweichen, so dass die Ausbildung der Einzelkristalle eine sehr unvollkommene war. Die Gesteine zeigen daher meist eine feste kristalline Grundmasse oder Einzelkristalle als Einsprenglinge. Bei noch schnellerer Erstarrung wird ihre Beschaffenheit „glasig“ oder „schaumig“. Zu den Ergussgesteinen zählen u. a. Basalt (Abb. A-12 u. A-13), Quarz, Trachyt, Diabas, Porphyr, Leparit, Dolerit und Andesit.
Ergussgesteine und Vulkanite sind der beste Baugrund. Sie haben die größte Tragfähigkeit und geben unter den Bauwerkslasten so gut wie nicht nach. Außerdem sind sie hervorragend als Baustoff verwendbar (Straßenbau, Stützmauern usw.).
Abb. B-12: Vulkanische Basaltsäule in Wyoming
Abb. A-13: Basaltstirnflächen [L-7]
Zu den Ergussgesteinen zählen ebenfalls die so genannten Tuffe. Diese sind aus lockeren Auswurfmassen (Vulkanasche) entstanden, die nach ihrem Absatz durch plötzliche Entgasung bzw. Quellung wieder zu festen Gesteinen wurden.
Abb. A-14: Tuffgestein (Vorkommen in der Eifel) [L-7]
Je nach Ursprungsgestein werden die Tuffe unterteilt in: Porphyr-, Diabas-, Trachyt-, Phonolith- und Basalttuffe. Große Vorkommen von Tuffen, die ebenfalls größtenteils schichtartig gelagert sind, kann man in der Eifel antreffen.
6.2.1 Wichtige Vulkangesteine
Granit (Abb. A-11) ist ein fein- bis grobkörniges, kristallinisch gemengtes, magmatisches Gestein mit richtungslos-körniger Struktur. Es setzt sich aus Feldspat, Quarz und Glimmer sowie kleinen Anteilen weiterer Minerale wie Zirkon, Apatit, Magnetit, Ilmenit und Titanit zusammen.
Granit ist ein Tiefengestein, das in größeren Tiefen der Erdkruste aus einem Magma erstarrt. Vom Magmaherd können Gänge ausstrahlen, in denen sich der grobkörnige Pegmatit bildet. Granit gehört zu den verbreitesten Gesteinen der Erdkruste.
Die Dichte von Granit beträgt 2,63 bis 2,75 t/m3. Seine Bruchfestigkeit reicht von 7 bis 30 kN/cm2. Granit hat eine höhere Festigkeit als Sandstein, Kalkstein und Marmor und ist folglich schwieriger abzubauen. Da er äußerst widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse ist, dient er als vielseitiges Baumaterial, z. B. für Pflastersteine, Brückenpfeiler o. Ä.
Er kommt hauptsächlich in geologisch älteren Gebirgen vor, z. B. im Schwarzwald oder im Bayerischen Wald, und bildet dort das so genannte Grundgebirge.
Basalt ist das verbreitetste vulkanische Gestein. Es ist ein feinkörniges, dichtes und dunkles, graues bis schwarzes Gestein. Es enthält Feldspat und Quarz sowie Spuren von Hornblende, Pyroxene, Biotit, Olivin, Magnetit, Ilmenit und Apatit.
Basalt sondert oft bei der Erstarrung der Lava schöne polyedrische (vielflächige) Säulen ab (Abb. A-12 u. A-13), die senkrecht zur Abkühlungsfläche stehen. Er bildet Kuppen und mächtige Decken und Plateaus.
Basalt ist ein besonders zähes und wetterfestes Gestein; es wird u. a. zu Gleisschotter und Splitt verarbeitet. Basalt kommt in Deutschland u. a. im Siebengebirge, Westerwald, Vogelsberg und in der Rhön vor.
Diorit (Abb. A-15), ein klein- bis mittelkörniges Tiefengestein von meist grauer oder dunkelgrauer Farbe, wird in Form von Nadeln oder Körnern sowie beigemengter Hornblende auch Grünstein genannt. Diorit besteht vorwiegend aus Feldspat, Quarz und geringeren Mengen Hornblende, Augit, Biotit, Titanit, Apatit, Zirkon und Granat.
Abb. A-15: Quarz-Diorit [L-7]
Porphyr (griechisch porphyros: purpur), ist ein Eruptivgestein, das große, gut ausgebildete, in einer feinkörnigen Masse eingebettete Kristalle besitzt, die in einer dichten, gleichartigen bis glasartigen Grundmasse abgelagert sind. Die feinkörnige Matrix nennt man Grundmasse und die größeren Kristalle Einsprenglinge. Es ist die ursprüngliche Bezeichnung für ein in Ägypten gefundenes Gestein, das markante, in eine rote oder purpurne Matrix eingelagerte Feldspatkristalle besaß.
Syenit (Abb. A-16), ein mittel- bis grobkörniges, hell- bis dunkelgraues Tiefengestein, besteht vorwiegend aus Feldspat und Hornblende. Im Unterschied zum ansonsten ähnlichen Granit enthält Syenit keinen oder nur wenig Quarz. Statt Quarz kann Syenit auch geringe Mengen an Feldspatvertretern enthalten.
Nebengemengeteile sind Magnetit, Apatit, Zirkon. Syenit kommt in Deutschland im Schwarzwald und bei Dresden vor. Diabas ist dem Diorit ähnlich, aber heller. Er besteht hauptsächlich aus Augit und Feldspat.
Abb. A-16: Beispiel für Syenit [L-7]
6.3 Schichtgesteine
Die Schichtgesteine umfassen die Absätze zerstörter ehemaliger Ergussgesteine, kristalliner Schiefer oder älterer Sedimente vorwiegend im Wasser. Sie wurden hauptsächlich im Meerwasser der flachen Kontinentalränder (Schelfgebiete), in der Tiefsee oder in den Sammelmulden vor den Gebirgen durch Flüsse bzw. durch Schmelzwasser abgesetzt.
Das besondere Kennzeichen der Schichtgesteine sind die plattenförmigen Lagen, die wie Blätter eines Buches übereinanderliegen. Ungeschichtete Absätze (wie z. B. Geschiebemergel, Terrassenschotter u. a.) gehören zu den Ausnahmen. Weitere Kennzeichen sind der Mangel an kristalliner Struktur und ihre von den Ergussgesteinen nicht selten abweichende chemische Zusammensetzung.
Entsprechend der Art und Weise ihrer Entstehung können unterschieden werden:
– mechanische Schichtgesteine (Sedimente),
– chemische Schichtgesteine,
– organische Schichtgesteine,
– Umwandlungsgesteine.
6.3.1 Mechanische Schichtgesteine
Die mechanischen Schichtgesteine sind in der Hauptsache aus den durch Verwitterung zerstörten Bruchstücken älterer Gesteine entstanden, die durch Regen, Wind, Eis oder fließendes Wasser weggeführt und abgesetzt wurden (Diagenese genannt). Sie werden auch als Trümmergesteine bezeichnet.
Die wesentlichen mechanischen Schichtgesteine sind: Sandstein, Schiefer, Schieferton bzw. Tonschiefer, Kalkstein, Marmor, Alabaster. Der Sandstein unterscheidet sich durch die Korngröße und (je nach Eisengehalt) nach der Farbe (z. B. roter Sandstein). Auch die anderen Gesteine können je nach Zusammensetzung sehr unterschiedliche Strukturen und Farben zeigen (z. B. der Marmor).
Abb. A-17: Absatz lockerer Schichtgesteine, gesondert nach Wichte und Entfernung von der Küste [L-7].
Die durch fließendes Wasser in Küstennähe abgesetzten lockeren Gesteinsbrocken werden je nach ihrem Abstand von der Küste bzw. ihrer Wichte meist immer kleiner und unterliegen einer natürlichen Aufbereitung (Abb. A-17). Die vulkanischen Tuffe können aufgrund ihrer Schichtung auch als Sedimente angesehen werden. Je nachdem, ob die Gesteinsbrocken oder Körner noch nicht miteinander verbunden oder schon wieder verfestigt sind, unterscheidet man zwischen lockeren Trümmergesteinen (die im Allgemeinen als Böden bezeichnet werden) und verfestigten Trümmergesteinen.
6.3.2 Verfestigte Trümmergesteine
Diese sind wiederverfestigte Trümmergesteine und bestehen vorwiegend aus mehr oder weniger abgerundeten Quarzkörnern mit Einzelkorngrößen von:
> 2 mm bei grobkörnigen Quarzkörnern (Konglomerate),
2 - 0,02 mm in mittelkörnigen Quarzkörnern (Sandstein, Grauwacke),
< 0,02 mm bei feinkörnigen Quarzkörnern (Schieferton, Tonschiefer).
Sie sind durch ein toniges, dolomitisches, kieseliges, oder mehr mergeliges Bindemittel verkittet. Ein von jedem Bohrmeister gefürchteter Vertreter dieser Gesteinsart ist das „Nagelfluhgestein“ der Alpenvorberge. Auch im Bergbau verursacht dieses Gestein bei Teil- und Vollschnitt-Maschinen einen hohen Verschleiß bei den Schneidwerkzeugen. Sein Gefüge ähnelt dem des Betons. Bohrtechnisch lässt es sich jedoch wesentlich schlechter beherrschen als der Beton. Breccien sind ebenfalls Konglomerate, jedoch mit nicht abgerundeten, eckig-kantigen Gesteinsbruchstücken.
Ebenso ist die Grauwacke, ein unvollkommen ausgearbeitetes graues Gestein mit eckigen Bruchstücken aus Gesteinen wie Feldspat, Kieselschiefer, Ton und Schiefer, zu den Konglomeraten zu zählen.
Nachfolgend einige Vertreter der verfestigten Trümmergesteine. Es entstand aus:
Abb. A-18: Beispiel für Breccie (hier bunte Breccie) [L-7]
6.3.3 Verschiedene Trümmergesteine
Sandstein (Abb. A-19a) besteht aus Sandkörnchen, die durch nach Art und Menge sehr verschiedene Bindemittel zusammengekittet sind.
Nach der Art der Bindemittel (Quarz, Calciumcarbonat, Eisenoxid) unterscheidet man kieselige oder Quarzsandsteine, kalkige, tonige, mergelige, eisenhaltige u. a. Sandsteine. Die Farbe hängt weitgehend von den Bindemitteln ab.
Eisenoxid führt zu einer roten oder rotbraunen, andere Bindestoffe zu einer weißen, gelblichen oder grauen Farbe. Sandstein ist nicht nur ein natürlicher Speicher für Öl- und Erdgasvorkommen, sondern wird auch als Baumaterial verwendet.
Ein besonderes Sandsteinvorkommen befindet sich im Teutoburger Wald und zwar die Externsteine (Abb. A-19b).
Bei einem Vorkommen von hartem Sandstein wurden weichere Schichten durch Verwitterung und Deflation (Sandschliff) zu einem einmaligen Felsmassiv geformt. Sie sind zu einer großen Touristenattraktion geworden.
Abb. A-19a: Beispiel für Buntsandstein [L-7]
Abb. A-19b: Die Externsteine im Teutoburger Wald [L-7]
Vergleichbare Formationen zeigt das Elbsandsteingebirge
Grauwacke ist farblich bunt, vorwiegend dunkelgrau. Die Korngröße schwankt in weiten Grenzen, so dass sie auch als Bindeglied zwischen der Breccie bzw. den Konglomeraten und dem Sandstein angesehen werden kann. Das Bindemittel ist meist kieselig.
Abb. A-20: Beispiel für Grauwacke [L-7]
Schieferton (Abb. A-21) ist ein Sedimentgestein, das aus verfestigten Tonen entstanden ist und meist grau bis graublau, kann noch mit dem Messer geschnitten werden. Bei Wasseraufnahme quillt er und zerfällt beim Austrocknen blättrig.
Roter, grüner und violetter Schieferton und schwach verfestigter Ton wird Tonstein oder mancherorts Letten genannt. Diese Bezeichnung sollte jedoch in der Bodenmechanik nicht verwendet werden.
Die Korngrößen liegen unter 0,02 Millimeter. Das Gestein enthält noch Wasser, ist aber im Unterschied zum Ton nicht mehr plastisch verformbar.
Abb. A-21: Beispiel für Schieferton [L-7]
Die im Meer sedimentierten Tone werden durch den Druck überlagernder Schichten verfestigt. Dabei wird das in den Poren sitzende Wasser ausgepresst und das Gestein komprimiert.
Durch den Druck bilden sich manche Tonminerale um, und es entstehen zum Teil neue Tonminerale. Steigt der Druck weiter an, kann die Grenze zur Metamorphose (Umwandlung) erreicht werden; dabei entsteht Tonschiefer, der eine Mittelstellung zwischen Schichtgesteinen (Sedimenten) und Umwandlungsgesteinen (Metamorphiten) einnimmt. Bei Verfestigung des Gesteins werden die Tonminerale parallel ausgerichtet. Der Schieferton erhält dadurch ein paralleles oder plattiges Gefüge, die „Schieferung“.
Berühmt ist der Schieferton für die gut abgebildeten Fossilien (Versteinerungen von Meerestieren und Pflanzen (z. B. Fische und Muscheln, Farne usw. Abb. A-22).
Abb. A-22: Fossilien aus dem Schieferton [L-7]
Tonschiefer (Abb. A-23) ist stärker verfestigt, hart und quillt im Wasser nicht auf, verwittert aber leicht an der Oberfläche. Tonschiefer geht durch erhöhten Druck aus einem Schieferton hervor und ist durch eine echte Schieferung geprägt.
Weitere Druckerhöhung wandelt Tonschiefer zu kristallinem Schiefer um. Tonschiefer ist sehr feinkörnig und dicht, meist durch Bitumen oder Graphitschüppchen grau oder schwarz gefärbt, durch eisenhaltige Minerale auch rötlich bis braun. Neben Tonmineralen enthält Tonschiefer Quarz und Glimmer und vor allem Muskovit, der sich aus Tonmineralen gebildet hat. Das Rheinische Schiefergebirge ist nach den hier weit verbreiteten Tonschiefern benannt.
Abb. A-23: Beispiel für Tonschiefer [L-7]
Hier wird auch der sehr gleichmäßig geschieferte, gut spaltende und leicht zu verarbeitende sogenannte Dachschiefer abgebaut, der aus dem Karbon stammt. Man verwendet ihn zum Dachdecken und Verkleiden von Wänden.
Sandschiefer (streifiger Schieferton) ist eine häufig im Karbongebirge vorkommende Abwandlung des Schiefertons. Es weist eine feine Wechsellagerung von sandigen (hellen) und tonigen (dunklen) Streifen verschiedener Dicke auf. Mal überwiegen die einen, mal die anderen Streifen nach Häufigkeit und Dicke.
Man wird sandstreifige Schiefertone bei Überwiegen der sandigen Streifen, tonstreifige Schiefertone bei Überwiegen der tonigen Streifen und einfach streifige Schiefertone bei ungefähr gleichem Verhältnis unterscheiden können. Je nach der Zusammensetzung verhalten sie sich verschieden gegen Schlagen, Ritzen, Beißen, Tasten usw. Ihre Härte und technischen Eigenschaften wechseln nach dem Vorherrschen der einen oder anderen Komponente.
Sandstein (Abb. A-24 u. A-25) entsteht durch die Verkittung (Zementation) von lockerem Sand und hat daher die gleichen Entstehungsbedingungen wie dieser. Er besteht also aus Trümmern verwitterter und abgetragener Gesteine.
Da Quarz ein relativ verwitterungsresistentes Mineral ist, welches außerdem in sehr vielen Gesteinen vorkommt, reichert es sich beim Verwitterungs- und Transportprozess stark an, während andere Mineralkörner zerfallen. Deshalb bestehen die Sandsteine überwiegend ganz aus diesem Mineral. Die wichtigsten Entstehungsräume für Sandsteine sind die Meere, dabei vor allem die küstennahen Flachmeere, die Schelfe. Der Sand stammt aber meist vom Festland und wird durch Flüsse und Meeresströmungen an seinen endgültigen Ablagerungsort transportiert. Es gibt aber auch zahlreiche Sandsteinvorkommen, die auf dem Festland entstanden sind.
Im Meer abgelagerte Sandsteine finden sich in Deutschland zum Beispiel im Elbsand- steingebirge sowie im Zittauer Gebirge. Die in Deutschland weit verbreiteten Sandsteine des Buntsandsteins sind hingegen meist auf dem Festland abgelagert worden.
Abb. A-24: rechts: Rotsandsteinbruch bei Wehlen - links: Sandsteingeröll [L-7]
Durch den Auflastdruck der jüngeren, überlagernden Ablagerungen, durch den Druck und die natürlichen Chemikalien des Meer- oder Grundwassers und teilweise auch durch Beimischungen im Sandstein selbst kommt es zur Verfestigung (Diagenese) des Sandes. Dieser Prozess läuft unterschiedlich schnell ab und dauert zwischen wenigen Jahrzehnten und mehreren Millionen Jahren.
Abb. A-25: Durch Erosion entstandene Sandsteinformation (Coyote/Arizona) [L-7]
Zu den chemischen Schichtgesteinen gehören Salze und Kalisalze, Gips und Anhydrit, Erze, Mineralien und Kieselsteine. Auch einige Ablagerungen von Kalksteinen und Dolomiten sowie Marmor gehören dazu.
Sie entstanden durch chemische Prozesse infolge von Ausfällung leicht löslicher Stoffe an Ort und Stelle aus übersättigten Lösungen bzw. durch natürliche Eindampfung. Chemische Schichtgesteine sind wesentlich seltener als mechanische Sedimente.
6.3.5 Organische Schichtgesteine
ZU den organischen Schichtgesteinen können gezählt werden: Korallenkalke, Kieselerden, Humusgesteine (Torf, Braunkohle, Steinkohle, Anthrazit), bituminöse Gesteine (Kohlenwasserstoffe, Erdöl), Phosphatgesteine (Phosphorit, Asphalt), Schreibkreide.
Streng genommen sind die organischen Sedimente nicht mehr als eigentliche Absatzgesteine zu bezeichnen, da es sich bei ihnen vornehmlich um Bildungen handelt, die auf Lebenstätigkeit von Organismen zurückzuführen sind z. B.:
Kalkstein, ein typischer Vertreter der organischen Sedimentgesteine, besteht vorwiegend aus Calcit (Calciumcarbonat, CaCO3). Er entsteht im Meer und in geringem Umfang auch in Seen und an Quellen. Der Kalk fällt entweder direkt aus der Lösung aus oder entstammt den kalkigen Schalen und Skeletten (Abb. A-26) abgestorbener
Muscheln, Schnecken, Korallen, Schwämme oder Algen. Er kann Druckfestigkeiten bis 35 kN/cm2 aufweisen und ist zum Teil reich an Fossilien.
Abb. A-26: links: Kalkstein mit Fossilien-Fisch rechts: Kalkstein mit Fossilien– Fischsaurier [L-7]
6.3.6 Umwandlungsgesteine
Metamorphen5 Gesteine haben infolge gewaltiger Drücke bei Gebirgsfaltungen oder hohen Temperaturen ihr Gefüge derart verändert, dass eine neue Gesteinsart mit kristalliner oder auch schiefriger Textur entstanden ist. Hierzu gehören auch die Kontaktzonen der Ganggesteine. Als Beispiel hierfür gilt Augengneis. So ähneln die kristallinen Schiefer den Eruptivgesteinen durch ihre Kristallinität und ihren Mineralbestand, unterscheiden sich aber von ihnen durch ihre gerichtete Textur.
Von den Sedimentgesteinen sind sie durch den meist auftretenden Mangel an gut erhaltenen Versteinerungen verschieden. Die wichtigsten Vertreter der kristallinen Schiefer sind die Gneise, lagenförmige Gemenge kristallinisch-körniger Gesteine, bestehend aus Quarz, Feldspat und Glimmer mit einigermaßen paralleler Textur.
Zu den Metagneisen (von granitischen Lösungen durchdrungene Sedimente) und Paragneise6 (frühere Sedimente) gehören Phyllite, feinschuppige farbige oder dunkle Gesteine mit großem Tongehalt, Glimmerschiefer und andere. In wirtschaftlicher Beziehung stehen die metamorphen Gesteine weit hinter den Eruptiv- und Sedimentgesteinen zurück. Das Vorkommen der kristallinen Schiefer beschränkt sich aber nicht auf die Gesteine der Urzeit. Gesteine weit jüngerer Formationen können infolge starker metamorpher Veränderung kristalline Struktur zeigen, wie z. B. die fossil führenden Bündner-Schiefer in den zentralen Teilen der Westalpen und anderen Orten.
6.4 Gesteinsbildende Mineralien
Die wichtigsten Mineralien für die Gesteinsbildung sind:
Feldspat - Quarz - Glimmer
Feldspat gehört zur Gruppe der wichtigsten, gesteinsbildenden Mineralien. Feldspäte sind Mischkristalle im Dreistoffsystem zwischen den Endgliedern Kalifeldspat (Orthoklas7), Natronfeldspat (Albit) und Kalkfeldspat (Anorthit). Feldspäte sind Hauptbestandteile vieler magmatischer und metamorpher Gesteine wie Granit, Gneis oder Basalt. Durch Verwitterung dieser Gesteine und Sedimentation in trockenen Klimaten gelangen sie auch in Sedimente.
Feldspäte sind die häufigsten Minerale; sie sind zu etwa zwei Dritteln am Aufbau der kontinentalen Erdkruste beteiligt. Bei einer Härte von 6 bis 6,5 liegt die Dichte zwischen 2,5 und 2,8 g/cm3. Sie zeigen einen glasigen Glanz und variieren in ihrer Farbe von weiß oder farblos bis hin zu verschiedenen rosafarbenen, gelben, grünen und roten Schattierungen. Feldspäte verwittern leicht, dabei entstehen unter anderem Tone und Kaolinit. Diese Verwitterungsprodukte sind wichtige Komponenten bei der Bodenbildung.
Quarz (Abb.A-27) ist ebenfalls eine gesteinsbildende Mineralgruppe verschiedener Modifikationen der Kieselsäure oder des Siliciumdioxids, SiO2.
Die wichtigste Modifikation, der so genannte Tiefquarz, ist nach Feldspat das zweithäufigste Mineral der oberen Erdkruste. Quarz tritt gesteinsbildend in Magmatiten, Sedimentgesteinen und Metamorphiten auf.
Quarz besitzt eine Härte von 7 und eine Dichte von 2,65 g/cm3. Quarzkristalle können glasig oder speckig glänzen. In reiner Form sind sie farblos und durchsichtig, meist jedoch durch Beimengungen milchig getrübt, weiß oder verschieden gefärbt.
Abb. A-27: Reiner Quarz [L-7]
Der Milchquarz etwa verdankt seine milchig-weiße Farbe zahllosen winzigen, flüssigen oder gasförmigen Einschlüssen.
Als Sand ist Quarz Ausgangsstoff für die Herstellung von Glas sowie wichtiger Bestandteil von Zement und Mörtel. Gemahlener Quarz dient als Schleifmittel beim Steinschneiden, Sandblasen und Glasschleifen. Pulverisierter Quarz findet in der Herstellung von Porzellan, Scheuerseifen, Schmirgelpapier und Holzfüllern Anwendung.
Glimmer (Abb. A-28) ist vor allem enthalten in Magmatiten, Metamorphiten und einigen Sedimenten. Er bildet Kristalle im monoklinen System und lässt sich sehr gut in dünne, biegsame und elastische Blättchen spalten.
Glimmerminerale sind komplexe Aluminiumsilikate. Ihre Härte liegt zwischen 2 und 3 und das spezifische Gewicht zwischen 2,7 und 3,3 g /cm3.
Abb. A-28: Beispiel für Rubinglimmmer [L-7]
Schlussbetrachtung
Insgesamt sind 40 Gesteinsarten bekannt, die hier nicht alle genannt werden konnten. Zudem sind sie für den Bergbau, die Bohrtechnik und das Baugeschehen nicht alle von Bedeutung.
In der Bohrtechnik haben wir es vielfach mit einer Vermischung vieler hier aufgeführten Gesteinsarten zu tun. So können wir in einem Bohrloch Gerölle, Kiese, Sande, Ton, Torf und die unterschiedlichsten Arten von Festgesteinen antreffen. Einen sehr einheitlichen Schichtenaufbau findet man dagegen in den deutschen Küstenregionen, wo im Wesentlichen Sande, Tone, Schluffe und Torf angetroffen werden. Diese Böden sind zwar zum Teil ein schwieriger Baugrund, verursachen aber keine besonderen Probleme hinsichtlich der Bohrtechnik.
6.5 Lagerungsformen der Erstarrungsgesteine
Die Erstarrungsgesteine haben im Gegensatz zu der bei den Schichtgesteinen vorzugsweise in einer Ebene entwickelten Ausdehnung vielfach nach allen Richtungen verschiedene Erstreckungen. Handelt es sich doch in den aus der Tiefe in schmelzflüssigem Zustand aufgestiegenen Gesteinsmassen um so genannte Eindringungskörper und nur ausnahmsweise um Auflagerungsgesteine.
An der Erdoberfläche fallen diese Gesteine zunächst als Vulkanberge ins Auge. Sie bilden bei Dickflüssigkeit des Lavamaterials über der Ausflussöffnung zum Teil gewaltige Kuppen (sogenannte Quellkuppen) oder bei Dünnflüssigkeit des ausfließenden Materials flussartige Lavaströme mit wulstförmigen Erstarrungsformen auf der Ober- und Unterseite sowie teppichartige Decken.
Abb. B-29: Lagerungsformen der Ergussgesteine oben:. Kappen unten: Decken) [L-7]
6.6 Lagerungsformen der Schichtgesteine
Im Gegensatz zu den aus der Tiefe aufgestiegenen Tiefengesteinen haben wir es bei den Schichtgesteinen mit ursprünglich flächenartig abgelagerten Gesteinsbrocken zu tun. Die Mächtigkeit der Schichten kann sehr verschieden sein. Örtlich zeigen die Schichten erhebliche Abweichungen von der horizontalen Lage. So sieht man nicht selten Gebirgsfaltungen (Abb.A-31) an den zutage tretenden Gesteinsbänken und nahezu steil stehende Schichten.
Schichtgesteine können gleichförmig oder auch ungleichförmig zueinander gelagert sein, das heißt verschiedene Neigungen zeigen. Dabei werden geneigt stehende Schichten teilweise abgetragen und durch horizontale Schichten überlagert.
Für das Baugeschehen können solche Ablagerungsformen von großer Bedeutung insbesondere für die Tragfähigkeit, sofern die geneigt liegenden Schichten von Bändern aus Schluff oder Ton unterbrochen sind und in Verbindung mit Wasser zu Abschiebungen führen können. Dies ist besonders bei Bauvorhaben in Hanglage zu beachten. Um Bauschäden zu vermeiden, ist eine genaue Kenntnis des Untergrundes von großer Wichtigkeit
Ihre richtige Kenntnis ist für die Baupraxis bedeutungsvoll, weil durch sie nicht selten an der Oberfläche und den darauf stehenden Gebäuden Schäden entstehen können, für die der Bauherr unter Umständen dann verantwortlich gemacht werden kann.
Auch bohrtechnisch können derartige Lagerungsformen zu großen Schwierigkeiten führen. Es kann unter anderem zu Bohrabweichungen, Kernverlusten und Verklemmen der Futterrohre kommen.
Abb. A-30: Schematische Darstellung der Faltung [L-7]
6.7 Schichtenbiegungen (Falten)
Falten und Faltungen sind durch erdinnere Kräfte hervorgerufene Verbiegungen von geschichteten Gesteinen. Es handelt sich hierbei um tektonische Einengungs- oder Stauchungsformen. Sie hängen oft mit Gebirgsbildung (Faltengebirge), zusammen bei denen starke horizontale Kräfte wirksam werden. Sie treten hier nicht einzeln auf, sondern meist in so genannten Faltengemeinschaften. Jede Falte besteht aus einem
Scheitel und zwei Flanken, Flügeln oder Schenkeln. Sind die Flügel nach unten geöffnet, spricht man von einem Sattel, bei nach oben geöffneten Flügeln von einer Mulde.
Die gedachte Linie, um die die Falte gebogen ist, heißt Faltenachse (Sattelachse, Muldenachse). Ist die Faltenachse geneigt, taucht die Falte ab, d. h., sie verschwindet nach einer gewissen Strecke unter einer (gedachten) horizontalen Fläche. Die Ebene, in der alle Faltenachsen liegen, heißt Achsenfläche. Sie kann eben oder gekrümmt sein.
Je nach Neigung der Achsenfläche unterscheidet man stehende Falten (mit senkrechter Achsenfläche), mehr oder weniger geneigte Falten (mit entsprechend geneigter Achsenfläche) und liegende Falten (mit stark geneigter oder waagerechter Achsenfläche). Ist die Achsenfläche über die Waagerechte hinaus weiter geneigt, nennt man die Falte überkippt.
Da sich große Gebiete der Erde, besonders ihre Gebirge, aus Faltengebirgen zusammensetzen, gehört die Faltung (Abb. A-31) von Gebirgsschichten zu den bekanntesten, aber auch wichtigsten geologischen Erscheinungen.
Abb. A-31: Gebirgsfalten auf Kreta [L-7]
6.8 Schichtenzerreißungen (Verwerfungen)
Im Gegensatz zu den nur die Lage der Schichten verändernden Faltungen, stehen Zerreißungen von Gebirgsschichten längs steil einfallender Klüfte oder Spalten. Derartige Brüche oder Risse (Scherrisse) entstehen, wenn Schichten ihre Zusammensetzungskraft verlieren. Diese Erscheinungsformen nennt man auch Störungen (bergmännischer Ausdruck).
Abschiebungen
Vergleichbar mit den Verwerfungen sind Abschiebungen oder Sprünge. Unter einer Abschiebung versteht man die abwärts gerichtete Bewegung eines Gebirgsstücks.
Abb. A-32: Abschiebung (Schema) [L-7]
Überschiebungen
Eine vergleichbare Erscheinungsform sind Überschiebungen. Hierbei können sich ebenfalls durch seitlichen Schub Schichten übereinander schieben, so dass sich eine Schichtenfolge in einer bestimmten Tiefe wiederholen kann (Abb. A-33).
Abb. A-33: Überschiebung [L-7]
Verschiebung
Unter einer Verschiebung versteht man die horizontale Verschiebung einer Schichtenfolge Überlagerung). Geneigt stehende Schichtgesteine durch Wasser und Wind abgetragen und später durch die gleichen Kräfte wieder von z. T. mächtigen Schichten überlagert (Abb. A-34).
Abb. A-34: Verschiebung (Schema) [L-7]
Überlagerungen
Bei den Überlagerungen werden steil bzw. geneigt stehende Schichten durch Wasser und Wind ebenfalls abgetragen und später durch die gleichen Kräfte wieder zum Teil von mächtigen Schichten überlagert (Abb. A-35).
Abb. A-35: Überlagerung [L-7]
Gräben und Horste sind durch Zerrungen während und nach Gebirgsfaltungen entstanden. Durch das Auseinanderklaffen konnten großflächige Gebirgsteile absacken und so Gräben oder Horste (Abb. A-36) bilden. Diese Erscheinungen dürfen nicht mit den Gräben verwechselt werden, die durch Flüsse eingeschnitten wurden, z. B. Grand Canyon (Arizona, Amerika).
Die hier gemeinten Gebirgsformen sind heute jedoch in dieser scharfkantigen Form nicht mehr zu erkennen, sondern sind zum Teil aufgefüllt oder stark abgerundet bzw. abgeflacht (z. B. Rheingraben).
Zusammenfassung
Die hier gezeigten Beispiele von Ablagerungs- und Schichtenformen stellen nur eine kleine Auswahl dar und erheben damit auf keinen Fall Anspruch auf Vollständigkeit. Weitere Erläuterungen zu diesen geologischen Erscheinungen würden zu weit führen.
Abb.A-36: Schematische Darstellung von Gräben, Horsten und Brüchen [L-7]
7 Böden (Lockergesteine)
7.1 Entstehungen
Alle Böden haben ihren Ursprung in den Festgesteinen. Zunächst wurden die Festgesteine durch Sonne, Regen, Schnee, Frost, Wind und die verschiedenartigen Einflüsse der Pflanzen in ihrem Gefüge verändert, gelockert und zerkleinert.
Der Wind trug die Feinstteile fort und lagerte sie irgendwo ab. Den größten Teil allerdings nahmen Gletscher und fließendes Wasser auf und transportierten den Trümmerschutt zum Teil über sehr große Strecken. Dabei erfolgte eine weitere Zerkleinerung und Sortierung.
Wenn die Transportkraft z. B bei abnehmender Fließgeschwindigkeit oder Niedrigwasser nicht mehr ausreichte, erfolgten die Ablagerung und eventuell später auch ein Weitertransport bei höherem Wasserstand oder erneute Überlagerungen. Je weiter der Abstand vom Ursprung, desto feinkörniger wurde das Material bis zur Küste hin. Feinsand, Schluff und Schlick wurden im Küstenbereich abgelagert. Auf den Gletschern gelangten auch Gerölle und große Findlinge bis in die Norddeutsche Tiefebene, wo sie bei Ausschachtungsarbeiten noch heute gefunden werden (Abb. A-37).
Abb. A-37: Findlinge in der norddeutschen Tiefebene [L-7]
In Flussmitte verblieben im Wesentlichen die Gerölle (vom Transport abgeschliffene und abgerundete Gesteinsbrocken). In den Flussbiegungen lagerten sich außen die Feinteilchen und innen die gröberen Materialien ab.
Schifffahrt, Hochwasser, Veränderungen der Fließgeschwindigkeit durch Begradigungen der Flüsse usw. haben dazu geführt, dass heute fast überall die gesamte Korngrößenpalette anzutreffen ist, insgesamt also der Verwitterungsschutt des vom Fluss bewegten Materials (Gerölle) bzw. die vom Eis (Gletscher) mitgeführten und zum Teilabgeschliffenen Gesteinsbrocken und Moränenschutt. Die Unterteilung erfolgt in den Größenbereichen Schotter, Kies, Sand, Schluff und Ton (siehe unten).
Die Böden werden zunächst unterteilt in die Hauptgruppen:
–
nichtbindige (rollige) Böden
und
–
bindige Böden.
Im Wesentlichen haben wir es allerdings mit Mischböden zu tun, die aus sehr unterschiedlichen Korngrößen, Zusammensetzungen und Beimengungen bestehen.
Zu den Ausnahmen gehören u. a. der Fluss- bzw. Meeressand, der aus nahezu gleich großen und dicht gelagerten Quarzkörnern besteht, und Schluffe, die in mächtigen Schichten anzutreffen sind (z. B. Löß). Kiese sind dagegen überwiegend gemischt abgelagert.
Als typische Mischböden, die begrifflich nicht genau festgelegt sind, bezeichnet man:
Lehm - er ist ein weit verbreitetes Verwitterungsprodukt, das aus Ton, Schluff und Sand besteht. Da der Anteil der verschiedenen Körnungsklassen sehr verschieden sein kann, präzisiert man ihn durch die Begriffe sandig, tonig und schluffig. Lehm entsteht durch die Verwitterung der verschiedensten Gesteine und enthält Tonminerale und Eisen. Die Eisenverbindungen sorgen für die gelbliche bis braune Farbe.
Je nach der Entstehung unterscheidet man Lößlehm, Geschiebelehm, der aus entkalktem Geschiebemergel entstanden ist, und Auelehm, der sich aus den Sedimenten der Flusstäler bildet.
Mergel - er ist ein sedimentäres Lockergestein, das aus Ton, Kalk und gelegentlich sehr wenig Sand besteht. Die genaue Bezeichnung richtet sich nach dem Verhältnis der Bestandteile: z. B. Tonmergel, Mergelton, sandiger Mergel oder Kalkmergel. Die so genannten Geschiebemergel der Norddeutschen Tiefebene sind in der Eiszeit entstanden. Sie enthalten abgerundete Gesteinsbrocken, die so genannten Geschiebe.
Organische Böden - sie bestehen vollständig aus organischen Stoffen (z. B. Torf) oder auch aus einem Gemisch von Feinsanden und Schluffen mit einem hohen Anteil an organischen Stoffen (z. B. Humus, Faulschlamm).
Humus - er ist ein im Zersetzungsprozess befindliches organisches Material im Boden, das von toten Tieren und Pflanzen stammt. Im Anfangsstadium der Zersetzung wird ein Teil des Kohlenstoffes, Wasserstoffes, Sauerstoffes und Stickstoffes rasch als Wasser, Kohlendioxid, Methan und Ammoniak abgeleitet. Die anderen Bestandteile zersetzen sich langsam und bleiben als Humus zurück.
Löß - ist ein gelblich-braunes Lockersediment, der in Deutschland großflächig in zum Teil mächtigen Schichten auftritt, muss etwas genauer betrachtet werden. Er besteht in der Regel aus etwa 10 bis 25 % Ton (Korndurchmesser < 0,002 mm) und 70 bis 80 % Schluff (Korndurchmesser 0,002 bis 0,063 mm). Der Rest von ungefähr 10 bis 15 % ist Fein- (Korndurchmesser 0,063 bis 0,2 mm) und Mittelsand (Korndurchmesser 0,2 bis 0,63 mm).
Die Zusammensetzung variiert je nach Herkunftsgebiet sehr stark. Hauptbestandteil ist immer Quarz (zwischen 60 und 70 %). Daneben treten Glimmer, Feldspat und Kalziumkarbonat in wechselnden Anteilen auf.
Löß entstand aus einem vom Wind ausgeblasenen, verfrachteten und abgelagerten Flugstaub aus den vegetationslosen Schotter- und Sandflächen des Pleistozäns (Eiszeitalter). Die Mächtigkeit der Ablagerungen und die Korngrößen nehmen mit der Entfernung zum Liefergebiet ab.
Die Ablagerung erfolgt meistens vor Mittelgebirgsschwellen. So gibt es in Deutschland die mächtigsten Lößschichten nördlich der Mittelgebirge in den so genannten Börden (Magdeburger Börde, Soester Börde usw.) und im Rheintal.
Die Vorkommen im Voralpenland sind, bedingt durch das Liefergebiet (Kalkalpen), sehr karbonatreich (bis zu 35 %).
Die Mächtigkeiten der Lößablagerungen können in Deutschland bis zu 40 m (in China zum Teil mehrere hundert Meter) betragen.
Daneben sind auch örtliche Bezeichnungen verschiedener Mischböden bekannt. Dazu gehören Klei, Essener Grünsand, Mudde, Seeton, Keupermergel, Bänderton, Seekreide, Granitzersatz usw., deren Zusammensetzungen sehr unterschiedlich sind.
7.2 Einteilung der Böden
Die Böden sind, mit Ausnahme der Gebirgs- und Vorgebirgsgegenden, das wesentliche Betätigungsfeld des Spezialtiefbaus. Sie sind es auch, die mit ihren vielen Erscheinungsformen die Probleme bei den Gründungen liefern. An dieser Stelle muss aber der Ansicht widersprochen werden, dass Festgesteine wesentlich problemloser sind. Dies trifft nur zu, wenn es sich um nahezu flache Lagerungen einheitlicher Schichten handelt.
Tafel 2-A: Bezeichnungen und Korngrößen
Sobald diese Schichten stark wechseln, geneigt, gestört und von Gleitschichten unterbrochen sind, beginnen die Schwierigkeiten. Diese werden verstärkt, wenn wasserführende Schichten hinzukommen und Hanglagen zu beachten sind. Hier sind zuverlässige Baugrundaufschlüsse unerlässlich, um größere Bauschäden zu vermeiden.
8 Grundwasser und Quellen
8.1 Wasserkreislauf
Auf der Erde gibt es über 1,4 Mrd. Kubikkilometer Wasser, das sich fortwährend im Kreislauf durch Flüsse, Meere, Atmosphäre, Böden und Gesteine befindet. Der weitaus größte Teil des Wassers ist salzig, wobei die Meere 96,5 % des gesamten Wassers der Erde enthalten. Von den übrigen 3,5 %, die Süßwasser sind, ist der größte Teil entweder in den Kälteregionen in polaren Eisdecken, Gletschern und Schnee (69 %) oder unterhalb der Erdoberfläche als Grundwasser (30 %) gebunden.
In Seen befinden sich weitere 0,25 %, während die Atmosphäre 0,04 % enthält. In Flüssen sind nur 0,006 % des gesamten Süßwassers der Erde enthalten. Hier fließt das Wasser unter dem Einfluss der Schwerkraft, wodurch es die Energie erhält, die Landschaft durch Erosion, Transport und Ablagerung von Gesteinen zu gestalten. Der Wasserkreislauf ist eine dynamische, erneuerbare und natürliche Grundlage für menschliches, pflanzliches und tierisches Leben.
Der Wasserkreislauf (Abb. A-38) beginnt, wenn Wasser aus den Meeren verdunstet und dabei in die Atmosphäre gelangt. Das atmosphärische Wasser gelangt als Niederschlag in Form von Hagel oder Schnee auf die Erdoberfläche zurück.
Welche Wassermenge den Boden erreicht, hängt von vielen Faktoren ab. Im Allgemeinen erhalten höhere Lagen mehr Niederschlag als tiefere. Die meisten Flüsse entstehen im Gebirge. Ein Teil des Niederschlages wird von Pflanzen, insbesondere Bäumen, abgefangen und kehrt durch Rückverdunstung direkt in die Atmosphäre zurück, bevor er auch nur den Boden erreicht. Der Wasserverlust durch diesen Vorgang kann beträchtlich sein.
Die Rodung von Bäumen für den Nutzpflanzenanbau (Entwaldung) kann die Menge und Geschwindigkeit des Niederschlags, der den Boden erreicht, bedeutend erhöhen. Örtlich kann es zu einer verstärkten Bodenerosion und zu einem erhöhten Hochwasserrisiko kommen. Wenn der Niederschlag den Erdboden erreicht, sickert er gewöhnlich in den Boden ein, wo er entweder bis zum Grundwasser vordringt oder langsam als Zwischenabfluss hangabwärts fließt.
Bei schweren Stürmen kann aber dort, wo menschliche Eingriffe zu einer Verdichtung der Bodenoberfläche oder einer Abdeckung mit Beton geführt haben und wo der Boden bereits gesättigt ist, nicht das gesamte Wasser versickern. Das überschüssige Wasser sammelt sich an der Oberfläche, um dann als Oberflächenabfluss hangabwärts zu dem nächstgelegenen Fluss zu fließen. Das Wasser, das den Fluss entweder durch Zwischenabfluss oder Oberflächenabfluss erreicht, wird als Abfluss bezeichnet.
Abb. A-38: Der Wasserkreislauf (schematische Darstellung) [L-7]
8.2 Grundwasser
8.2.1 Grundbegriffe der Hydrologie
Grundwasser ist das im Untergrund frei bewegliche, nur der Schwerkraft unterliegende und alle Poren ausfüllende Wasser. Schichten, die Grundwasser enthalten, nennt man Grundwasserleiter oder Grundwasser führende Schichten.
