Demanega

Bindige, kompressible Lockgesteine reagieren erwartungsgemäß äußerst sensibel auf Lasten, indem sich diese deutlich setzen. Nachteilig wirkt sich der Umstand aus, dass Zusammensetzung, Wassergehalt und bodenmechanische Eigenschaften kleinräumig stark variieren können und es folglich alle andere als leicht ist, den Baugrund klar zu strukturieren. Vielfach sind bindige Schichten mangels Auflast oder aufgrund ihrer Entstehung nach der Eiszeit nicht konsolidiert und weisen folglich bei entsprechenden Wassergehalten, vor allem unterhalb des Grundwasserspiegels, weiche Konsistenzen auf.

Bei bindigen Böden variieren die bodenmechanischen Eigenschaften stark vom Wassergehalt. Folglich ist bindiger Boden grundsätzlich vor Wasserzutritt zu schützen. Auf der anderen Seite sind feuchte bindige Böden vor dem Austrocknen zu schützen, weil damit Volumenreduzierungen zusammen hängen. Stark bindige Böden haben einen hohen Tongehalt und sind praktisch wasserundurchlässig. Aufgrund des Umstandes, dass diese Wasser nur schwer aufnehmen, sind große Wassermengen notwendig, um eine Änderung der Zustandsform zu bewirken. Schwach bindige Böden haben hingegen einen geringeren Schluff- oder Tonanteil, ändern ihre Zustandsform bereits bei geringer Wassergehaltsänderung, weichen leicht auf und sind sehr gefährdet bezüglich Rutschungen.

Die Konsistenz oder der Zustand von bindigen Böden bezeichnet die Plastizität des Bodens in Abhängigkeit zu Änderungen des Wassergehaltes. Bestimmt wird folglich ein Wassergehalt, der einen definierten Konsistenzzustand des bindigen Bodens bezeichnet. Die Konsolidationstheorie, die die Relation zwischen der zeitlichen Setzung und dem Abbau der Porenwasserüberdrücke bezeichnet, geht auf Karl von Terzaghi zurück.

Nicht vorbelastete bindige Böden sind bindige Böden, die unter keiner höheren Überlagerungsspannungen gestanden haben, etwa Auelehm. Stärker vorbelastete bindige Böden wie tertiäre Tone oder Geschiebemergel weisen eine stärkere Strukturfestigkeit auf.

Befasst man sich auf Seiten der Ingenieurgeologie mit der Entstehung bindiger Böden, dann sind jene geogenetischen Vorgänge relevant, die unter anderem folgendermaßen unterteilt werden können:

• Meeres- und Küstenablagerungen

• Windablagerungen

• Klastische Ablagerungen (Ausfällungsbildungen)

• Moorbildungen (unvollständig zersetzte Pflanzenreste)

• Verwitterungsbildungen

• Gletscherablagerungen

• Vulkanische Lockergesteine

• Fluss- und Seeablagerungen

Neben der Problematik des Setzens, wodurch im nachsichtigsten Fall Risse und im schlimmsten Fall Bauwerksverdrehungen entstehen, die die Stabilität gefährden, besteht in bindigen Böden die Problematik gravitativer Massenbewegungen, etwa Rutschen oder Fließen.

Während die Bodenmechanik die Böden aufgrund der Korngrößen einteilt, sind die meisten natürlichen Böden natürlich alles andere als leicht einzuteilen. Grobkörnige Böden weisen einen Feinkornanteil unter 5 % auf. Feinkörnige Böden verfügen hingegen über einen feinkörnigen Anteil von über 40%. Gemischtkörnige Böden ordnen sich dazwischen ein. Bereits 5 bis 10 % Ton oder Feinschluff geben dem Boden allerdings ein leicht bindiges Verhalten. Ab 15 bis 20 % Ton und Schluff ist das Verhalten deutlich bindig.

Lockergesteine bilden jene Ablagerungen, die sich als Verwitterungsprodukte auf Hängen, Ebenen und Niederungen auf dem Festgestein ablagern und ein heterogenes Gemisch darstellen. Als Boden bezeichnen wir folglich jenes Verwitterungsprodukt, das durch Durchmischung und chemische Reaktionen entstanden ist.

Als „Lehm“ bezeichnen wir eine Mischung aus Sand, Schluff und Ton. Je nach Geogenese wird unterschieden zwischen Hanglehm, Geschiebe- oder Gletscherlehm, Lösslehm oder Auelehm. Aufgrund des Sand- und Schlussanteiles ist Lehm weniger plastisch und wasserundurchlässig als Ton.

Insbesondere in Tallagen setzen sich Auelehme und Hochflutlehme in Überflutungsbereichen ab, in dem das Land überflutet wird und sich beim Rückzug des Hochwassers die feinen Partikel in Form von Schlamm ablagern. Die feinen Partikel, die aus Ton und Schluff bestehen, werden dabei über die gesamten Talaue verfrachtet werden, spielten in der Landwirtschaft als Schwemmmaterial eine wichtige Rolle.

Geschiebelehm entsteht im Zusammenhang mit den Gletschern als glazigene Ablagerung. Der Ablagerungsprozess spielt sich im Eis anders ab als im Wasser, weil sich das Verwitterungsmaterial im Eis nicht absetzen kann. Zudem weisen Eismassen eine extrem hohe Transportkapazität auf. Nach dem Schmelzen des Gletschers setzt sich eine schlecht sortierte heterogene Fracht aus Blöcken, Kies, Sand, Schluff und Ton ab. Dadurch unterscheiden sich glaziale Sedimente von fluviatilen oder äolischen Sedimenten, die relativ gut sortiert sind.

Geschiebemergel oder Geschiebelehm sind jene schlecht sortierten Sedimente, die sich direkt nach dem Abschmelzen des Eises niedersetzen. Die mächtigen Ablagerungsschichten werden als Moräne bezeichnet. Entstehen in der Folge des Abschmelzens Schmelzwassersströme und -seen, bilden sich entsprechende Sortierungen aus.

Fließerden entstehen hingegen vielfach durch das Auftauen von Permafrostböden und entsprechendes Fließen.

Hangschutt (englisch: slope debris) besteht in der Regel aus grobkörnigen Komponenten (Kies, Steine, Blöcke) mit Feinmaterial (Schluff und Ton) und kann Mächtigkeiten von mehreren Metern erreichen. Der Entstehungsprozess besteht in gravitativen, kaltzeitlichen Massenverlagerungen, die in Kriech- und Rollbewegungen bestehen. Das Feinmaterial wird durch Verwitterung aus dem Gesteinsverband herausgelöst und transportiert. Historisch betrachtet handelt es sich um periglaziäres Material, also um Material im Umkreis der Gletscher, aus dem Pleistozän, also jenem Zeitalter des Quartär, der vor 10.000 Jahren mit dem Ende der letzten Eiszeit enden sollte und ins heutige Holozän überging.

Hangschutt bildet das Material zahlreicher natürlicher Hänge, die aus unkonsolidierten Gemischen bestehen und mehr oder weniger steil ausfallen. Allerdings erweist sich das Gleichgewicht dieser Hänge in vielen Fällen als labil und hängt von zahlreichen Faktoren wie Tonmineralen, organischer Substanz, Schichtung und Wasser ab. Insbesondere dann, wenn Gleitflächen durch oberflächennahe, bindige Schichten gekennzeichnet sind, besteht die Problematik von Hangrutschungen. Demgegenüber kann konsolidiertes trockenes Material weitaus steilere Hänge ausbilden.

Bauen in weichen Böden

Verdichtung und Verdichtbarkeit von Böden

Baugruben im Wasser: Grenzen und Gefahren

Literatur:

[1] Gerd Möller: „Geotechnik – Bodenmechanik“, Ernst und Sohn Verlag, Hoboken 2013

[2] Helmut Prinz und Roland Strauß: „Ingenieurgeologie“, Springer Spektrum, Berlin 2017

[3] Conrad Boley: „Handbuch Geotechnik – Grundlagen, Anwendungen, Praxiserfahrungen“, Vieweg Teubner, Wiesbaden 2012

[4] Achim Hettler, Theodoros Triantafyllidis, Anton Weißenbach: „Baugruben“, Ernst und Sohn Verlag, Hoboken 2018

[5] Konrad Simmer: „Grundbau Teil 1 – Bodenmechanik und erdstatische Berechnungen“, Springer Verlag, Wiesbaden 1994

[6] John Grotzinger, Thomas Jordan: „Press /Siever: Allgemeine Geologie“, Springer Nature, Berlin Heidelberg 2017