Theorie & Praxiswissen

Theorie & Praxiswissen2024-06-27T11:59:26+02:00
Spannungspfad2024-09-02T08:45:35+02:00

Als Spannungspfad wird die Aneinanderreihung aller Spannungszustände bezeichnet, die über einen bestimmten Zeitraum auf ein Material oder einen Prüfling wirken.

Bei bodenmechanischen Untersuchungen nutzt man Spannungspfade beispielsweise zur Auswertung von Triaxialversuchen. Für die Darstellung von Spannungspfaden zerlegt man die auftretenden Spannungszustände in den mittleren Druckspannungsanteil σ (bzw. (σ1+σ2/3)/2) und den zugehörigen Schubspannungsanteil τ (bzw. (σ1-σ2/3)/2). Alle Wertepaare (σ, τ), die im betrachteten Zeitraum vorliegen werden in einem entsprechenden σ-τ- Diagramm (bzw. (σ’1+σ’2/3)/2, (σ1-σ2/3)/2 –Diagramm) dargestellt. Solang die Bedingung σ1>σ2/3, erfüllt ist, wird die Schubspannung mit positivem Vorzeichen in das Diagramm eingetragen. Mit Hilfe von Pfeilen an den Spannungspfaden ist die zeitliche Reihenfolge der durchlaufenen Spannungszustände gekennzeichnet.

Je nach Art des Triaxialversuchs ergeben sich somit die charakteristischen Verlaufsformen der Spannungspfade. Moderne Triaxialanlagen stellen die Spannungspfade bereits während der Versuchsdurchführung dar und können die Spannungspfade aktiv beeinflussen (spannungspfadgesteuerter Triaxialversuch). Aus den Endpunkten der Spannungspfade erhält man (z.B. durch das Verfahren der linearen Regression) die Bruchgerade, aus der sich die Scherparameter c‘ und ϕ‘ bestimmen lassen (vgl. Mohrscher Spannungskreis). Bei undränierten Triaxialversuchen lässt sich aus einem „Totalen Spannungspfad“ unter  Berücksichtigung des Porenwasserdruckverlaufs der „effektive Spannungspfad“ bestimmen (vgl. Triaxialversuch, Effektive Spannung).

Spannungspfade verlaufen bei den meisten Triaxialversuchen vorrangig im ersten Quadranten des (σ‘1+σ‘2/3)/2, (σ12/3)/2–Diagramms. Spezialversuche (Extensionsversuche, spannungspfadgesteuerte Versuche) lassen Spannungspfade auch durch andere Quadranten verlaufen, jedoch benötigt man dafür einen modifizierten Versuchsaufbau.

Spannungen2023-06-30T11:41:05+02:00

Als Spannung σ bzw. τ bezeichnet man allgemein das Verhältnis von Kraft F zu Fläche A. Es gilt:  σ = F/A bzw.  τ = F/A. Man unterscheidet:

  • Druckspannung (σ)
  • ˆZugspannung (σ)
  • ˆSchubspannung (τ)

Bei Druck- und Zugspannungen (σ) wirkt die Kraft senkrecht zur Fläche. Sie werden deshalb auch als Normalspannungen bzw. Hauptspannungen bezeichnet. Wirkt die Kraft in Ausbreitungsrichtung der Fläche, so wird sie als Schubspannungen (τ) beschrieben. Im Gegensatz zur klassischen technischen Mechanik werden bei bodenmechanischen Betrachtungen Druckspannungen als positiv (σ>0) und Zugspannungen als negativ bewertet.

Mohrsche Spannungskreis2023-06-30T11:41:05+02:00

Sobald ein Festkörper von unterschiedlichen Seiten mit verschiedenen Zug- oder Druckspannungen belastet wird, treten innerhalb des Festkörpers Schubspannungen auf. Sie lassen sich (für den ebenen Zustand) mit Hilfe des Mohrschen Spannungskreises darstellen.

Der Mohrsche Spannungskreis (benannt nach dem Dresdner Wissenschaftler Christian Otto Mohr) ist in der Festigkeitslehre ein verbreitetes, praktikables „Werkzeug“, mit welchem man für eine beliebig orientierte „Schnittebene“ eines Elementes auf einfachste Weise die auftretende Normal- und Schubspannung ablesen kann. Bei bodenmechansichen Untersuchungen, insbesondere wenn Schubspannungen von Bedeutung sind (z.B. Scherversuche, Triaxialversuche), wird der Mohr’sche Spannungkreis für verschiedene Untersuchungen herangezogen. Mit ihm lassen sich schnell die benötigten Ebenen finden, die für die weitere Betrachtung und Bewertung des Sachverhalts von Nutzen sind.

In dem Dokument „Der Mohrsche Spannungskreis in der Bodenmechanik – von der Herleitung bis zur DIN 18137“ zeigen wir Schritt für Schritt die Grundlagen, die Herleitung sowie den praktischen Umgang mit dem Mohrschen Spannungskreis anhand von Messdaten und den zugehörigen Gleichungen.

Durchlässigkeitsbeiwert kf2023-07-12T10:39:43+02:00

Die (Wasser-) Durchlässigkeit ist eine signifikante Eigenschaft von Böden. Je nach Beschaffenheit (z.B. Korngrößenverteilung) variieren Böden von stark wasserdurchlässig bis nahezu wasserundurchlässig. Durch eine geeignete Zusammensetzung können sie somit als Drainage (Kies), Filter (Kies, Sand, Schluff) oder Dichtschicht (Schluff, Ton) eingesetzt und verwendet werden. Diese Eigenschaft solcher Stoffe bzw. Stoffgemische wird hautpsächlich durch zwei Kenngrößen charakterisiert:

1. Die Durchströmbarkeit (bzw. Permeabilität)…mit dem Formelzeichen K und der Einheit „m²“: eine reine Materialkenngröße und unabhängig von dem Medium, welches das Material durchströmt.

2. Der Durchlässigkeitsbeiwert…mit dem Formelzeichen kf und der Einheit „m/s“: eine Kenngröße, die zusätzlich zur Durchströmbarkeit K die Fließeigenschaft (Viskosität) von Wasser berücksichtigt.

Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt nach DIN EN ISO 17892-11 (ehemals nach DIN 18130) durch Feld- oder Labormessung. Bei Labormessungen wird das Probenmaterial (Boden) in Triaxialzellen bzw. Durchlässigkeitszellen eingesetzt und gleichmäßig von Wasser durchströmt. Der Durchlässigkeitsbeiwert lässt sich anhand der Probendimensionen, den Eigenschaften des Wassers, sowie dem vorliegenden Verhältnis von Strömungsvolumen und Druck ermitteln.

Das Gesetz von Darcy besagt, dass der Volumenfluss Q bezogen auf eine Fläche A proportional dem hydraulischen Gradienten i (umgangssprachlich auch „hydraulischer Anstieg“) ist. Es gilt:

Q/A ~ -i

Das Minuszeichen vor dem hydraulischen Gradienten i zeigt, dass die Strömung vom hohen Potenzial zum niedrigen Potenzial erfolgt. Den Ausdruck -i bezeichnet man umgangssprachlich auch als „hydraulisches Gefälle“. Der benötigte Proportionalitätsfaktor wird als Durchlässigkeitsbeiwert kf bezeichnet. Es gilt:

Q/A = -i*kf

Die Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwerts erfolgt für Bodenproben meist in Durchlässigkeitszellen, Triaxialzellen oder Stechzylindern. Dabei wird die Bodenprobe von Wasser durchströmt. Filter (Filtersteine, Filterpapier) an der Wassereintritts- und Ausstrittsseite sorgen für eine gleichmäßige Verteilung  der Wasserströmung und verhindern gleichzeitig den Transport von kleinsten Partikeln. Für eine hinreichend genaue Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes der Bodenprobe sind auch die Einflüsse der Filter (insbesondere bei stark durchlässigen Böden) zu berücksichtigen.

Weiterführende Informationen sind im Dokument „Einfluss von Filtersteinen und Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes kf zu finden.

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Triaxialversuch2024-09-01T16:46:34+02:00

Triaxialversuche nach DIN EN ISO 17892-8 und DIN EN ISO 17892-9 (früher nach DIN 18137-2) dienen im Erd- und Grundbau der Ermittlung der Scherfestigkeit und des Spannungs-Verformungsverhaltens von Böden. Sie werden in einem Triaxialgerät durchgeführt und nach folgenden Versuchstypen unterschieden:

  • UU-Versuch (unkonsolidiert & undräniert),
  • CU-Versuch (konsolidiert & undräniert),
  • CD-Versuch, auch als D-Versuch bezeichnet  (konsolidiert & dräniert),
  • CCV-Versuch (konsolidiert & dräniert, mit konstantgehaltenem Volumen)
  • K0-Versuch (dränierter Versuch mit verhinderter Radialausdehnung)

Ein zylindrischer Probenkörper wird in einer Triaxialzelle allseitig (axial und radial) belastet. Diese Triaxialzelle ist so gestaltet, dass man über den Zelldruck die radiale Belastung (σ2/3) der Probe beeinflusst und über den Laststempel deren axiale Belastung  (σ1) variiert. Eine Membran (Gummi/Latex) verhindert dabei das Eindringen von Zellwasser in den Probekörper. Über die entsprechenden Dränageleitungen beeinflusst man den Wassergehalt bzw. den Porenwasserdruck (Druck des Wassers in den Poren) des Probekörpers. Je nach Versuchstyp sind diese Kanäle zu öffnen oder zu verschließen.

Allgemeiner Versuchsablauf

Nach ordnungsgemäßer Vorbereitung des Probekörpers (Einbau, Sättigung, B-Test), wird die Probe isotrop belastet (σ12/3). Anschließend beginnt das Abscheren, indem der Laststempel mit konstanter Geschwindigkeit die Probe „zusammendrückt“ und somit σ1 kontinuierlich erhöht.  Die resultierenden Kräfte werden gemessen (aufgezeichnet) und die entsprechende Bruchlast (Maximalwert von σ1) wird ermittelt. Mit Hilfe des Mohrschen Spannungskreises lassen sich daraus die inneren Spannungen der Probe bestimmen. Der Versuch ist beendet, sobald ein deutlicher Bruchpunkt in den aufgezeichneten Messwerten erkennbar ist oder die Stauchung der Probe 20% beträgt.

Triaxialanlagen bestehen typischerweise aus folgenden Komponenten:

Versuchsdurchführung und Auswertung

Je nach Versuchstyp unterscheidet sich Vorbereitung, Durchführung und Auswertung voneinander. Für die Ermittlung der Scherparameter (Scherwinkel ϕ und Kohäsion c) sollten wie beim Rahmenscherversuch mindestens 3 Teilversuche bei unterschiedlicher Anfangsbelastung an dem gleichen Probenmaterial durchgeführt werden.

Effektive Spannung:
Bei Belastung einer gesättigten Bodenprobe mit Normalspannungen (σ1 und σ2/3) wirken diese sowohl auf das Korngerüst als auch auf das Porenwasser. Die Spannung, die auf das Korngerüst wirkt, wird als „Effektive Spannung“ σ‘ bezeichnet. Die Belastung des Korngerüstes ergibt sich somit aus der Differenz von Zelldruck und Porenwasserdruck.

B-Test (Sättigungstest):
Mit Hilfe des B-Tests prüft man den Wasser-Sättigungsgrad einer Bodenprobe. Dazu verschließt man die Dränagekanäle der Triaxialzelle und misst den Porenwasserdruck. Anschließend wird der Zelldruck um einen Wert Δσ erhöht. Bei wassergesättigten Proben ist innerhalb weniger Minuten eine Zunahme des Porenwasserdrucks Δu zu erwarten. Der B-Wert ist der Quotient aus der Porenwasserdruckänderung zu Zelldruckänderung  (B=Δu/Δσ). Die Bodenprobe gilt als ausreichend gesättigt, wenn sich ein B-Wert zwischen 0,95 und 1 ergibt.

CD-Versuch (auch als D-Versuch bezeichnet):
Der dränierte Triaxialversuch, erlaubt das Auslaufen des Porenwassers während der Versuchsdurchführung. Nachdem die Probe entsprechend den Vorgaben gesättigt wurde und die Konsolidierung abgeschlossen ist, beginnt der Abschervorgang bei geöffnetem Dränagekanal, wobei das Volumen des auslaufenden Porenwassers gemessen wird. Die Vorschubgeschwindigkeiten sollte je nach Plastizitätszahl sehr gering gewählt werden (<0,010 mm/min). Als Versuchsergebnis erhält man die effektiven Scherparameter ϕ‘ und c‘.

UU-Versuch:
Die Bodenprobe wird nach dem Einbau in die Triaxialanlage ohne Konsolidierung abgeschert. Mit diesem Versuch bestimmt man die undränierte Scherfestigkeit von Böden. Aufgrund der hohen Abschergeschwindigkeit (ca. 1% der Probenhöhe pro Minute – entspricht bei einer Probenhöhe von 200mm eine Abschergeschwindigkeit von ca. 2 mm/min) wird dieser Versuch auch als „Schnellversuch“ bezeichnet.  Bei vollständig gesättigten Proben erhält man einen Scherwinkel von ϕu=0.

CU-Versuch:
Die Bodenprobe wird vor dem Abscheren bei geöffneten Dränageleitungen konsolidiert. Je nach Bedarf, kann die Konsolidationsspannung so gewählt werden, dass sie mit der Belastung der Probe bei Probenentnahme übereinstimmt (Nachkonsolidierung) oder z.B. die Probe einer höheren Belastung ausgesetzt wird (Überkonsolidation). Das Abscheren erfolgt mit verschlossenen Dränagekanälen und gleichzeitiger Messung des Porenwasserdruckes, wobei die Abschergeschwindigkeit zwischen 0,01 und 0,1 mm/min betragen sollte um eine gleichmäßige Verteilung des Porenwasserdruckes innerhalb der Probe zu ermöglichen. Aus den Versuchsdaten lassen sich unter Berücksichtigung des Porenwasserdruckverlaufs ϕ‘ und c‘ bestimmen.

CCV-Versuch:
Beim CCV-Versuch erfolgt das Abscheren unter konstant gehaltenem Volumen. Man erreicht dies, indem man den Zelldruck (σ2/3) so regelt, dass der Porenwasserdruck während des Abschervorganges konstant bleibt. Das Abscheren erfolgt mit verschlossenen Dränagekanälen und einer Geschwindigkeit von ca. 0,01 bis 0,1 mm/min (vgl. CU-Versuch). Diese Versuchsart wird verwendet, wenn eine ausreichende Sättigung durch den vorgegebenen Sättigungsdruck nicht möglich ist. Aus den Versuchsdaten lassen sich ϕ‘ und c‘ bestimmen.

K0-Versuch – oder auch Triaxialversuch unter K0 – Bedingung:
Bei diesem Versuch handelt es sich um einen dränierten Versuch mit verhinderter Radialausdehnung. Im Gegensatz zu den anderen beschriebenden Versuchsarten, lässt er sich mit dem Oedometer-Versuch (Last-Setzungs-Versuch) vergleichen, jedoch wird die radiale Verformung der Probe durch Variation des Zelldruckes (anstatt durch eine feste Oedometerzelle) verhindert. Die radiale Verformung der Probe lässt sich mit speziellen Sensoren bestimmen. Alternativ ist auch eine Bestimmung der Verformung durch Messung der Änderung des Zellwasservolumens unter Berücksichtigung der Stempelbewegungen und des Spannungs-Verformungsverhaltens der Triaxial-Komponenten, möglich.
Während der Versuchsdurchführung wird die axiale Normalspannung (σ1) stufenweise geändert und die zugehörige Verformung gemessen (vgl. Oedometerversuch), wobei der Zelldruck  (σ2/3) von dem Druckerzeuger so geregelt wird, dass sich keine radiale Verformungsänderung ergibt. Als Versuchsergebnis erhält man die Spannungs-Verformungseigenschaften der Probe. Im Gegensatz zum klassischen Oedometer-Versuch  treten hierbei keine „Wandreibungen“ mit der Zelle auf.

Weitere und detaillierte Erläuterungen zu Triaxialversuchen sind der DIN18137 und der entsprechenden Fachliteratur zu entnehmen.

Simple Shear Test – Simple Shear Versuch2024-09-02T08:05:05+02:00

Der „Direct Simple Shear Test“ ist ein Laborversuch nach ASTM D6528 – 07 zur Bestimmung des Schubmodules von Böden unter gesättigten und teilgesättigten Bedingungen.

Anwendung

Der „Direct Simple Shear Test“ wird im Erd- und Grundbau zur Ermittlung der Scherfestigkeit und Deformationsparamtern unter Lastbedingungen durchgeführt. Im Falle einer zyklischen Belastung kann der Versuch auch zur Beurteilung des Verflüssigungspotenzials von Sanden verwendet werden.
Der Simple Shear Test hat den Vorteil, dass sich ein einigermaßen gleichmäßiger Scherspannungszustand einstellt. Die Spannungskonzentrationen, die sich beim Rahmenscherversuch im erzwungenen Scherspalt bilden, werden somit vermieden.

Prüfgerät

Auf dem Markt existieren zwei prinzipielle Typen von Simple-Shear-Geräten. Bei der ersten Variante wird eine kubische Probe im ebenen Verformungszustand in einen Parallelepipedon belastet.

Bei der zweiten Gerätevariante, die auch von der GEOMATION GmbH angeboten wird, werden zylindrische Proben untersucht. Dabei besteht die Probenzelle aus mehreren dünnen übereinander liegenden Metallringen, die die in einer Latexhülle eingefasste Probe umschließen.

Versuchsdurchführung und Auswertung

Analog zum Rahmenscherversuch gliedert sich der Simple Shear Test in zwei Teile, dem Konsolidationsvorgang und dem eigentlichen Abschervorgang. Dabei müssen die Normal- bzw. Konsolidationsspannung sowie die Schergeschwindigkeit der Bodenart, der Vorbelastung und dem Bauvorhaben angepasst sein.
Der Abschervorgang erfolgt mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit. Im Versuch werden die Setzung, der Scherweg und die Scherkraft gemessen und aufgezeichnet.

Rahmenscherversuch2024-09-02T08:12:18+02:00

Ein Rahmenscherversuch bzw. direkter Scherversuch nach ISO 17892-10 dient im Erd- und Grundbau zur Bestimmung der Scherfestigkeit (sowie Restscherfestigkeit) und wird in einem Rahmenschergerät durchgeführt. Die Norm ISO 17892-10:2018 ersetzt die bisher gültigen Normen DIN 18137-3:2002-09 und DIN ISO/TS 17892-10:2005-01.

Anwendung

Im direkten Scherversuch (DSR) wird ein quader- oder kreisförmiger Probenkörper in einen Rahmen bestehend aus zwei Teilen eingebaut. Durch Verschiebung eines der beiden Rahmenteile gegen den feststehenden Rahmen wird eine Scherfläche erzeugt in der sich eine Scherspannung aufbaut. Die Seitendehnung der Probe wird durch den Scherrahmen verhindert. Die Normalspannung wird senkrecht zur Scherfläche aufgebracht. Zur Bestimmung der Scherparameter werden die maximalen Scherspannungen aus mindestens drei Einzelversuchen über den aufgebrachten Normalspannungen aufgetragen bzw. in einem Diagramm eingezeichnet. Mit der sich ergebenden Regressionsgerade (Schergerade) können die Kohäsion sowie der effektive Reibungswinkel bestimmt werden.

Prüfgerät

Versuchsdurchführung und Auswertung

Der Rahmenscherversuch gliedert sich in zwei Teile, dem Konsolidationsvorgang und dem eigentlichen Abschervorgang. Dabei müssen die Normal- bzw. Konsolidationsspannung sowie die Schergeschwindigkeit der Bodenart, der Vorbelastung und dem Bauvorhaben angepasst sein.
Der Abschervorgang erfolgt mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit. Im Versuch werden die Setzung, der Scherweg und die Scherkraft gemessen und aufgezeichnet.

Auswertung mit MS-Excel

Die Versuchsauswertung lässt sich in wenigen Schritten mit der MS-Excel-Mappe EXL.SHEAR.PROT durchführen. Folgendes Video-Tutorial (ca. 2 min) zeigt hierbei dem Anwender die einfache und komfortable Protokollerstellung.

Punktlastversuch an Gesteinsproben2024-09-02T08:19:01+02:00

Der Punktlastversuch gemäß Empfehlung Nr. 5 des Arbeitskreises AK3.3 „Versuchstechnik Fels“ der DGGT ist ein einaxialer Druckversuch an Gesteinsproben zur Ermittlung der Festigkeit eines Gesteins.
Beim Punktlastversuch wird ein Festigkeitsindex bestimmt, indem zylinder-, quaderförmige oder unregelmäßg geformte Gesteinskörper zwischen zwei gehärteten Lasteinleitungsspitzen bis zum Bruch belastet werden.

Prüfmaschine

Es werden Prüfmaschinen zum Aufbringen der axialen Prüfkraft bei möglichst konstanter steigender Belastung benötigt. Der Prüfrahmen mit Prüfspitzen muss laut Empfehlung der DGGT so ausgelegt sein, dass die Lasteinleitungspunkte während des Prüfvorganges koaxial zu einander stehen. Die gehärteten Prüfspitzen besitzen einen Radius von 5 mm (±0,5 mm).
Aus dem Produktspektrum der GEOMATION GmbH sind insbesondere die Prüfpressen der ELS50 und die Typenreihe HLS (HLS100HLS150HLS400) zur Durchführung von Punktlastversuchen an Gesteinsproben geeignet.

Versuchsdurchführung und Auswertung

Der Gesteinskörper wird möglichst zentrisch zwischen die Prüfspitzen eingebaut. Der Abstand der Lasteinleitungspunkte wird abgelesen, bzw. von der Prüfmaschinen ermittelt. Die Prüfmaschine steigert nach Versuchstart die Last möglicht gleichmäßig bis der Gesteinskörper bricht, damit ist der Versuch beendet.

Der Versuch ist gültig, wenn die Bruchfläche(n) durch beide Lasteinleitungspunkte verlaufen. Aus dem Bruchbild bzw. der Bruchgeometrie wird über die aufgezeichnete Bruchkraft der Punktlastindex bestimmt. Können an mehr als 10 Prüfkörpern die Punktlastindizes bestimmt werden, kann die Punktlastfestigkeit Is als Mittelwert aus allen Punktlastindizes berechnet werden.
Bei vielen Gesteinen kann die einaxialen Druckfestigkeit mit Hilfe eines Umrechnungsfaktors aus der Punktlastfestigkeit ermittelt werden.

Mit der Software GeoDESC und dem EXCEL-Modul EXL.POINT zur Versuchssteuerung- und Auswertung können die Punktlastversuche automatisiert durchgeführt werden.

Prüfung von CSV-Säulen / Trockenmörtelsäulen2024-09-02T08:20:06+02:00

Für die Baugrundverbesserung gibt es neben den herkömmlichen Verfahren, Bodenaustausch und Pfahlgründung, seit den 90er Jahren eine kostengünstigere Alternative: die Bodenstabilisierung nach dem CSV-Verfahren. Hierbei werden Verdrängungssäulen mit kleinem Durchmesser (ca. 12 bis 18 cm) in engen Abständen mit Hilfe eines Schneckengestänges in den Boden eingebracht.

Die Tragfähigkeitsprüfung o.g. Säulen zur Bodenstabilisierung erfolgt in situ über vorschubgesteuerte Belastungsversuche (CRP-Versuche – constant rate of penetration). Im Gegensatz zur stufenweisen Belastung zur Ermittlung des Last-Setzungverhaltens werden mit der vorschubgesteuerten Prüfung wesentlich kürzere Prüfzeiten und damit deutlich reduzierte Kosten erreicht.
In Zusammenarbeit mit einer Baufirma und einer deutschen Hochschule hat die GEOMATION GmbH ein neues mobiles hydraulisches Prüfgerät – MHD300 – und die zugehörige Auswertesoftware entwickelt.
Zur Prüfung werden separate Prüfsäulen, meist am Rande des Baufeldes mit Hilfe eines mikroprozessorgesteuerten Hydrauliksystems abgedrückt. Alle Messdaten werden am PC / Laptop aufgezeichnet und können bereits online während der Prüfung visualisiert werden.

Der Prüfvorgang gliedert sich in folgende Stufen:
(die angegebenen Kräfte, Geschwindigkeiten und Wege dienen als Beispiel)

  1. Belastung mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit (z.B. 0,4 mm/min) bis zum Erreichen der gewünschten Kriechlaststufe (z.B 60 kN).
  2. Ermittlung der Kriechverformung unter konstanter Belastung (z.B 60 kN) bis sich die Kriechgeschwindigkeit auf ein 1/10 der ersten Belastungsgeschwindigkeit abgebaut hat (0,04 mm/min).
  3. Sprungversuch in eine Belastungsgeschwindigkeit, die der ersten Belastungsgeschwindigkeit entspricht (z.B. 0,4 mm/min); Beobachtung der Säulenreaktion über eine bestimmte Wegstrecke.
  4. Sprungversuch in eine reduzierte Belastungsgeschwindigkeit, typ. 1/10 der ersten Belastungsgeschwindigkeit (0,04 mm/min), mit Beobachtung der Säulenreaktion über eine gewisse Wegstrecke.
  5. Sprungversuch in die ursprüngliche Belastungsgeschwindigkeit (z.B. 0,4 mm/min) mit Beobachtung der Säulenreaktion und Ermittlung der max. Säulenkopfverschiebung, i.d.R wird bis zur doppelten Gebrauchslast belastet.
  6. Ermittlung der elastisch/plastischen Säulenkopfverformung durch Entlastung und Angabe der bleibenden Säulenkopfverschiebung bei Gebrauchslast.
Oedometerversuch / Kompressionsversuch2024-09-02T08:31:49+02:00

Der Oedometerversuch, auch Einaxialer Kompressionsversuch genannt, nach DIN EN ISO 17892-5 ist ein einaxialer Druckversuch mit verhinderter Seitendehnung zur Bestimmung des Setzungsverhaltens von Böden. Die Norm DIN EN ISO 17892-5 beabsichtigt die gängige internationale Praxis wiederzugeben und ersetzt dabei die nationale Norm DIN 18135.

Anwendung

Der Versuch wird im Erd- und Grundbau verwendet, um das Konsolidationsverhalten (Zusammendrückung bzw. Hebung) von Böden zu untersuchen. Der zylindrische Probenkörper wird in einer speziell konstruierten Zelle (Oedometerzelle) bei verhinderter seitlicher Ausdehnung stufenweise vertikal axial belastet bzw. entlastet. Durch Filterscheiben in der Oedometerzelle kann der Probenkörper in axialer Richtung entwässern.

Prüfgerät

Geeignet sind alle Prüfpressen, die eine stufenweise Belastung und Entlastung in axialer Richtung erlauben. Die aufgebrachte Normalspannung ist während des gesamten Versuches mit einer Genauigkeit von 1 % oder mit einer max. Abweichung von 1 kPa vom jeweiligen Sollwert der Laststufe konstant zu halten. Das Aufbringen einer Laststufe hat laut Norm innerhalb von 2 Sekunden zu erfolgen. Zur Messung der Probensetzung werden nach Norm Verformungsaufnehmer bzw. Messuhren mit einer Auflösung von 2µm bei Setzungen bis 10 mm bzw. 10 µm bei Setzungen größer 10 mm empfohlen.

Eine selbsttätige Aufzeichnung der Kraft- und Setzungsmessdaten durch das Gerät bzw. einen Computer wird nach Norm empfohlen und ist bei allen unseren Prüfgeräten zur Durchführung von Oedometerversuchen gegeben:

Versuchsdurchführung und Auswertung

Mit einem dünnwandigen Ausstechzylinder wird die Probe aus einem Probenkörper ausgestochen. Die Endflächen sind planparallel abzuziehen. Die ausgestochene Probe wird in das Prüfgerät bzw. die entsprechende Oedometerzelle eingebaut und in axialer Richtung in mehreren Stufen belastet bzw. entlastet. Die gemessenen Setzungen bzw. Hebungen werden mit den zugehörigen Spannungen im Druck-Setzungs-Diagramm protokolliert.
Die Versuchsauswertung erfolgt in der Regel unter der Annahme, dass der zu untersuchende Boden gesättigt ist.

Einaxialer Druckversuch2024-09-03T17:24:30+02:00

Der Einaxiale Druckversuch nach ISO 17892-7 (früher nach DIN 18136) wird im Erd- und Grundbau zur Ermittlung der einaxialen Druckfestigkeit qu und zur Ermittlung des Verformungsmoduls Eu an zylindrischen oder prismatischen Probenkörpern bei ungehinderter Seitendehnung durchgeführt.

Prüfmaschine

Es werden Prüfpressen zum Aufbringen einer axialen Prüfkraft bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit benötigt. Die Druckplatten der Prüfmaschine müssen laut Norm planparallel zueinander sein, senkrecht zur Druckrichtung stehen und sich während des Versuches nicht verkippen lassen.
Aus dem Produktspektrum der GEOMATION GmbH sind insbesondere die Prüfpressen der Reihe ELS (ELS25 und ELS50) und HLS (HLS100HLS150HLS400) zur Durchführung von Einaxialen Druckversuchen geeignet.

Versuchsdurchführung und Auswertung

Der Probenkörper wird zentrisch in die Prüfpresse eingebaut und mit einer konstanten Verformungsgeschwindigkeit in axialer Richtung abgedrückt. Die empfohlene Versuchsgeschwindigkeit liegt laut NORM bei ca. 1 % der Anfangshöhe des Probenkörpers pro Minute. Bei verkitteten oder stabilisierten Böden mit einer erwarteten Bruchstauchung εu < 4 % ist eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,2 % der Anfangshöhe des Probenkörpers pro Minute einzuhalten.
Die Messdaten für Kraft und Setzung sind durch das Gerät oder einen Computer zu protokollieren. Zur Messung der Probenstauchung werden bei unseren Geräten digitale Messuhren mit einer Auflösung von 1 µm eingesetzt. Für die Messdatenerfassung der Auflast werden Kraftmessbügel mit unterschiedlichen Messbereichen eingesetzt, so dass die Prüfpresse an die jeweilige Anforderung des Versuches angepasst werden kann.

Während eines Versuches ist darauf zu achten, dass der Wassergehalt des Probenkörpers möglichst unverändert bleibt.

Der Versuch ist beendet, wenn der Bruch eingetreten ist, d.h. die gemessene Axialkraft nicht weiter ansteigt oder die Stauchung der Probe einen Wert von 20 % erreicht hat.

Für die Auswertung sind aus dem Druck-Stauchungsdiagramm die einaxiale Druckfestigkeit qu, die zugehörige Bruchstauchung εu sowie der Modul des einaxialen Druckversuches Eu zu ermitteln und zu protokollieren.

CBR Versuch2024-09-02T08:42:36+02:00

Der CBR-Versuch nach DIN EN 13286-47 oder TP BF – StB Teil B 7.1 ist ein Laborversuch und dient der Beurteilung der Tragfähigkeit von Baugrund. Vorrangig findet er im Straßen- und Verkehrswegebau Anwendung. Grundlage hierfür sind empirisch ermittelte Werte eines bekannten Baugrunds (Stoffgemisch), mit welchem das zu prüfende Material (ggf. aufbereiteter Baugrund) verglichen wird. Das Versuchsergebnis – der CBR-Wert – wird deshalb in Prozent angegeben.

Die Untersuchung erfolgt in einem CBR-Topf, wobei die Korngröße des zu prüfenden Materials 22,4mm nicht überschreiten darf. Nach erfolgter Probenvorbereitung (Verdichten etc.) ist je nach Vorschrift noch eine gewisse Lagerzeit einzuhalten.

Prüfmaschine

  • Prüfpresse (min. 50kN) mit Vorschubsteuerung ( 1,27mm/min)
  • CBR-Topf mit Zubehör

Versuchsdurchführung und Auswertung

Der CBR-Topf (mit Probe) wird in eine Prüfpresse zentriert eingesetzt. Ein Druckstempel (d=50mm), dessen Druckfläche aus gehärtetem Stahl besteht, verfährt mit konstanter Geschwindigkeit (1,27mm/min) in die Probe. Die dabei auftretenden Kräfte werden gemessen und so protokolliert, dass mindestens ein Kraftwert pro 0,5mm Eindringtiefe (Penetration) vorliegt. Bei einer Penetration von 2,5mm und 5,0mm wird der CBR-Wert wie folgt bestimmt:

CBR2,5mm = Kraft / 13,2 kN
CBR5,0mm = Kraft / 20,0 kN

Die Angabe des CBR-Wertes erfolgt in Prozent. Beide Werte werden im Protokoll angegeben, wobei der höhere Prozentwert zur Beurteilung der Eindringtiefe bzw. Tragindex herangezogen wird.

Hinweis
Sollte im Kraft-Weg-Diagramm ein Wendepunkt (max. Anstieg der Kraft) erkennbar sein, so ist die Penetration für die Bestimmung des CBR-Wertes so zu korrigieren, dass die Eindringtiefe ab der Nullstelle der Wendetangente bestimmt wird.

In unserem Video-Tutorial Versuchsdurchführung mit GeoDESC zeigen wir am Beispiel des CBR-Versuches die Benutzung der Software und der automatischen Erstellung eines Protokolls in MS-Excel.

ASTM D6528-07 Simple-Shear-Testing2024-09-23T18:31:54+02:00
DIN EN ISO 22476-9 Flügelscherversuch2024-09-05T13:43:23+02:00
  • EVT5 – Automatische Laborflügelsonde

  • EVT3 – Automatische Laborflügelsonde

BS 13772023-07-11T14:18:52+02:00
  • Plattendruckgerät 100 kN

  • ELS25 – Universalprüfmaschine

  • ELS50 & ELS60 – Universalprüfmaschine

ASTM D 2435 / 45462023-07-11T14:18:34+02:00
ASTM D 1194 / 1195 / 11962023-07-11T14:18:18+02:00
DIN 1996-11 Bestimmung von Marshall-Stabilität und Marshall-Fließwert2024-09-23T18:33:48+02:00
DIN 18134 Plattendruckversuch2024-06-14T15:16:37+02:00
DIN 18135 Eindimensionaler Kompressionsversuch / Oedometerversuch2024-06-14T15:17:12+02:00
DIN EN ISO 17892-1 Bestimmung des Wassergehalts2024-06-14T15:18:00+02:00

Bestimmung des Wassergehalts

DIN EN ISO 17892-2 Bestimmung der Dichte des Bodens2024-06-14T15:18:20+02:00

Bestimmung der Dichte des Bodens

DIN EN ISO 17892-3 Bestimmung der Korndichte2024-06-14T15:18:37+02:00

Bestimmung der Korndichte

DIN EN ISO 17892-4 Bestimmung der Korngrößenverteilung2024-06-14T15:18:53+02:00

Bestimmung der Korngrößenverteilung

DIN EN ISO 17892-5 Ödometerversuch mit stufenweiser Belastung2024-06-14T15:19:09+02:00

Ödometerversuch mit stufenweiser Belastung

DIN EN ISO 17892-6 Fallkegelversuch2024-06-14T15:19:24+02:00

Fallkegelversuch

DIN EN ISO 17892-7 Einaxialer Druckversuch2024-06-14T15:19:37+02:00
DIN EN ISO 17892-8 Unkonsolidierter undränierter Triaxialversuch2024-06-14T15:19:51+02:00

Unkonsolidierter undränierter Triaxialversuch

  • ESD10.5 – Rahmenschergerät

  • ELS25 – Universalprüfmaschine

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DIN EN ISO 17892-9 Konsolidierte triaxiale Kompressionsversuche …2024-06-14T15:20:04+02:00

Konsolidierte triaxiale Kompressionsversuche an wassergesättigten Böden

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DIN EN ISO 17892-10 Direkte Scherversuche2024-06-14T15:20:16+02:00
DIN EN ISO 17892-11 Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit2024-06-14T15:20:47+02:00

Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit

DIN EN ISO 17892-12 Bestimmung der Fließ- und Ausrollgrenzen2024-06-14T15:21:00+02:00

Bestimmung der Fließ- und Ausrollgrenzen

EN 13286-47 Prüfverfahren zur Bestimmung des CBR-Wertes (California Bearing Ratio)2024-06-14T15:23:15+02:00
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TP BF-StB Part B 7.1 Prüfverfahren zur Bestimmung des CBR-Wertes (California Bearing Ratio)2024-06-14T15:25:26+02:00
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