Demanega

Klüfte, Schichtfolgen oder Störungen heben das Kontinuum Fels auf und werden in der Folge als Trennflächengefüge bezeichnet. Die Anordnung von Klüften hängt eng mit der Entstehung des Gestein sowie mit der geologischen Geschichte zusammen, sodass die Annahme, Fels sei grundsätzlich ein guter Baugrund, gerade im geneigten Gelände vielfach problematisch ist.

Trennflächen beeinflussen die mechanischen Eigenschaften von Fels drastisch, indem die Scherfestigkeit entlang der Trennflächen und die Zugfestigkeit senkrecht zu den Trennflächen stark abgemindert ist. Hinzu kommt die Wasserdurchlässigkeit entlang der Trennflächen.

Faktisch ist die Einteilung von Klüften alles andere als eindeutig. In der Ingenieurgeologie [3] wird zwischen Absonderungsklüften und Bewegungsklüften unterschieden, wobei sich letztere in Trennungsklüfte, Verschiebungsklüfte und Gleitungsklüfte unterteilen.

Zu unterscheiden ist zwischen folgenden Typen:

• Kleinklüfte: Trennungsklüfte und Schubbrüche innerhalb einer Bankung mit einer Flächengröße unter 1 m².
• Mittelklüfte: Einfache Scherklüfte, die sich aus der Beanspruchung und aus Zugrissen ergeben, infolgedessen bankübergreifend sind mit einer Flächengröße bis 100 m²
• Großklüfte: Gleitungsklüfte, die sich aus wiederholten Beanspruchungen aus Scherbrüchen ergeben, mit einer Flächengröße von über 100 m², die zumeist nach den tektonischen Bruchrichtungen orientiert sind und mehrere Meter bis Zehnermeter durchstreichen.

Leopold Müller geht davon aus, dass sich bis zu einer Tiefe von 40 bis 100 Metern von der Gesteinsoberfläche eine Auflockerungs– und Verwitterungszone besteht, die stark zerklüftet ist. Die Zerklüftung betrifft prinzipiell aber auch tiefere Schichten.

Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass die Gesteinsfestigkeit in der Felsmechanik stets höher ist als die Gebirgsfestigkeit, deren Festigkeit durch Trennflächen heruntergesetzt wird. Ausnahmen sind:

– Wenig zerklüftetes Gebirge mit Klüften mit geringem Durchtrennungsgrad

– Gebirge mit sehr geringer Materialfestigkeit

– Gebirge mit sehr innig geschlossenen Klüften, wozu Dolomit mit dem innigen Kohäsionsschluss gehört.

In Sedimentgesteinen ergeben sich Trennflächen häufig schichtparallel, etwa durch die Ablagerung von Tonschichten im Rahmen der Sedimentation, durch Schrumpfungsvorgänge infolge der Austrocknung, durch die Zusammendrückung im Rahmen der Verfestgung oder durch tektonische Vorgänge.

Bei metamorphen Gesteinen treten Diskontinuitäten häufig im Bereich der Schieferung auf. Im Gegensatz zur Schichtung ist die Schieferung kein Ergebnis eines Ablagerungsprozesses, sondern wird durch tektonische Vorgänge hervorgerufen (hohe Temperaturen und hoher Druck).

Tektonische Beanspruchungen bewirken in metamorphen Gesteinen sowie in Sedimentgesteinen die Faltenbildung, wodurch die Schieferung oder Schichtung verkrümmt wird. Durch die entsprechenden Beanspruchungen entstehen Klüfte, die sich in Bezug auf die Faltenachse als Quer-, Längs- und Diagonalklüfte ergeben. Solche Klüfte durchtrennen infolgedessen das Gestein an Schichtungs- oder Schieferungsfugen.

Fugen, die sich aus tektonischen Bewegungen oder im Bereich der Entstehung ergeben, treten häufig in Form paralleler Scharen auf.

Im Bereich vulkanischer Gesteine treten Trennflächen beim Erkalten und Erstarren auf, indem die Volumenverminderung Zugspannungen implementiert und Trennflächen öffnet.

Bei vulkanischen Tiefengesteinen treten Bankungs- oder Lagerklüfte infolge von Abkühlung im Rahmen der Entstehung oder infolge Entspannung bei Verwitterung auf.

An Störungen, die sich aus tektonischen Vorgängen ergeben, sammeln sich Mylonite, also feinkörnige rekristallisierte (metamorphe) Störungsgesteine an, die bis zu mehrere Meter mächtigsein können. Kataklasite sind kohäsive, intensiv zerbrochene Störungsgesteine mit richtungsloser, oft chaotischer Textur. Kakirite sind stark zerrüttete und brekziierte Bruchzonen, teilweise mit
Bändern völlig zermahlenen Gesteins. Sie stellen ein kohäsionsloses bis schwach kohäsives Lockergestein dar.

Im Bereich von Störungen treten in weiterer Folge Relativverschiebungen auf, die sodann als Wasserleiter wirken, wodurch Verwitterung und Erosion angeregt wird und sich klaffende Risse öffnen können.

Bauen im Fels: Felsmechanik und geotechnische Rechenmodelle

Literatur:

[1] Walter Wittke: „Felsmechanik – Grundlagen für wirtschaftliches Bauen im Fels“, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 1984

[2] Leopold Müller: „Der Felsbau, Band 1 – Theoretischer Teil“, Springer Verlag, Heidelberg 1963

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