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Detailergebnis zu DOK-Nr. 30548

Ursache und Einfluß der Entfestigung veränderlichfester Gesteine auf die Tragfähigkeit des Erdplanums

Autoren	G. Einsele C. Lempp
Sachgebiete	7.2 Erdarbeiten, Felsarbeiten, Verdichtung

Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik (BMV, Bonn) H. 330, 1981, S. 1-101, 91 B, 18 T

Geländebeobachtungen in Straßeneinschnitten, die bis unter die quartäre Verwitterungsdecke eingetieft sind, zeigen, daß die festgelagerten, bergfrischen überkonsolidierten Ton-, Schluff- und Mergelsteine des Keuper und Jura von Südwestdeutschland innerhalb weniger Wochen zerfallen. Aus Kluftkörpern bilden sich kleinere Aggregate (Bröckchen), und diese werden mit der Zeit zunehmend plastiziert. Dieser Zerfall dringt von der Oberfläche aus 20-30 cm tief in das Gestein ein. Im Klimaprüfschrank werden die in der Natur beobachteten Verwitterungsvorgänge unter kontroliierten Luftfeuchtigkeits- und Temperaturbedingungen an gesteinsphysikalisch definiertem Material nachvollzogen und die Zerfallsbedingungen genauer erfaßt. Entscheidend sind zwei Mechanismen: 1. der Wechsel von Trocknung und Befeuchtung und 2. in geringem Ausmaß der Wechsel von Frost und Auftauen. Insbesondere durch die Austrocknung und die dabei eintretende Schrumpfung werden die diagenetisch entstandenen Kornbindungen geschwächt und zerstört. Das Schrumpfmaß ist stark abhängig von der relativen Luftfeuchte und vom Material, dagegen kaum von der Temperatur. Schon nach wenigen Tagen stellt sich jeweils ein vom Material abhängiger, bestimmter Gleichgewichtszustand ein. Während frisches Gestein praktisch wassergesättigt ist und bei Benetzung mit Wasser keine Veränderungen erleidet, wird die Porenluft des (auch schon teilweise) getrockneten Gesteins bei Wasserbenetzung durch das begierig angesaugte Wasser so stark unter Druck gesetzt, daß Bröckchen abgesprengt werden. So zerfallen auch größere Brocken in kurzer Zeit völlig. Ein Karbonatgehalt von bis zu 50 Gew.-% wirkt sich auf dieses Verwitterungsverhalten nicht merklich aus. Das Karbonat liegt nämlich hier in detritischer Form vor (nicht als Bindemittel). Das Material kann in härtere, verwitterungsresistentere und weichere, leicht plastizierbare Ton- und Mergelsteine unterteilt werden. Diese beiden Gruppen unterscheiden sich auch deutlich bei der Verdichtung (Proctor-Versuch mit gebrochenem Material). Tragfähigkeitsversuche an relativ weichem und erdbautechnisch daher problematischem Material zeigen in Kombination mit Klimaversuchen, daß nach mehreren Klimawechseln allgemein ein Tragfähigkeitsrückgang zu beobachten ist. Dies gilt für alle Verwitterungszustände des untersuchten Gipskeuper- und Opalinustonmaterials. Mit normaler Proctor-Verdichtung werden also die für das Planum vorgeschriebenen Tragwerte nicht zuverlässig erreicht. Auch für den oberen Dammkörper sind die notwendigen Tragwerte nur mit bergfrischem, vorzerkleinertem Material zu erzielen. Bei stärker verwittertem Material streuen die erreichbaren Tragwerte sehr stark. Es wird versucht, den Zusammenhang zwischen Tragfähigkeit und anderen bodenphysikalischen Eigenschaften herzuleiten und zur Tragwertberechnung zu nutzen. Am Beispiel eines Erddamms aus veränderlich-festem Pelitmaterial wird die Verwitterungsanfälligkeit an einem Schadensfall demonstriert.