Ausführung eines In-Situ-Großscherversuches an der OU Rohr

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Im Ergebnis der Baugrunduntersuchungen zur "Ortsumfahrung Rohr" wurde zur Erhöhung der planerischen Sicherheit und zur Einschränkung des Ausführungsrisikos die Herstellung eines Großschurfs im Röteinschnitt sowie die Durchführung eines In-Situ-Scherversuches zur Verifizierung der Standsicherheitsberechnungen und als Grundlage für die Planung von ggf. erforderlichen Böschungssicherungsmaßnahmen empfohlen.

Festlegung der Versuchsebenen im Großschurf

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Schurfprofil mit vergrößerter Darstellung des potentiellen Rutschhorizontes innerhalb der entfestigten Mergelsteine der Oberen Bunten Schichten der Pelitröt-Folge (soPO)

Die Ortsumfahrung Rohr quert im Trassenabschnitt am Osthang des Leichenberges die Röt-Muschelkalk-Grenze. Diese häufig als Quellhorizont wirkende Formationsgrenze ist allgemein als rutschanfällig bekannt (PRINZ et al., 2006). Durch die in den gut wasserwegsamen Kalk- und Mergelsteinen zirkulierenden Wässer kommt es häufig zu Vernässungen der liegenden wasserstauenden Röttonsteine. Damit verbunden ist zumeist eine Replastifizierung der Tonsteine, die u.a. zu einer Herabsetzung der Scherfestigkeit führt.

So sind seit längerem fossile Hangrutschareale an den regionalen Röt-Unterhängen der Muschelkalksteilstufe bekannt. Bei unverträglichen Eingriffen in das Hanggleichgewicht, z. B. durch zu tiefe oder zu steile Einschnitte bzw. zu große Dammauflasten, können fossile Gleitflächen reaktiviert werden. Da derartige Gleitflächen im Zuge der Baugrunderkundung nicht eindeutig festgestellt werden konnten, wurden in einem Großschurf die zur Festlegung der zulässigen Einschnittsböschungsneigung benötigten Scherfestigkeiten mittels "In-Situ-Scherversuchen" in den potentiell kritischen Baugrundschichten bestimmt.

Im Schurf konnten als Resultat der feinstratigraphischen und petrographischen Bodenansprache innerhalb der Pelitröt-Folge (soP) die sogenannten Oberen Bunten Schichten (soPO: Versuchsebene 2) und darunter die Roten Schichten (soPR: Versuchsebene 1) abgegrenzt werden. Die oben detailliert charakterisierten Baugrundschichten der beiden Versuchshorizonte 1 (soPR) und 2 (soPO) werden von pleistozänem Hangschutt (qwhg) und holozänem Hanglehm (qhz) überlagert. Die insgesamt ca. 2 m mächtigen quartären Deckschichten werden von geringmächtigem humosem Oberboden überlagert.

Ausführung der In-Situ-Scherversuche

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In den oben beschriebenen Baugrundhorizonten wurden im Sommer 2010 jeweils zwei Scherversuche in situ gemäß der Technischen Prüfvorschrift für Boden und Fels im Straßenbau (TP BF-StB) Teil C 4 von der TR LGA Bautechnik GmbH, Nürnberg, durchgeführt.

Die als Sprungversuche ausgeführten Scherversuche wurden auf einer Grundfläche der Prüfkörper vom 0,25 m² mit Auflaststufen von 12,5 kN, 18,75 kN und 28,5 kN (Normalspannung Ïƒ = 50 / 75 / 114 kN/m²) mittels statischer Auflast zur Bestimmung der Schichtflächenscherparameter [kN/m²] gefahren. Nach dem Erreichen des Bruchzustandes der 3. Laststufe wurde der Prüfkörper solange weitergeschert, bis sich die Restscherfestigkeit einstellte. Die nachfolgende Fotodokumentation zeigt die Versuchsdurchführung in den verwitterten Versuchshorizonten der rotbraunen Schluff- und Feinsandsteine der Roten Schichten (Versuchsebene 1) und der graugrünen Mergel- und Tonsteine der Oberen Bunten Schichten (Versuchsebene 2) der Pelitröt-Folge.

Auswertung der Versuchsergebnisse

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Bei allen 4 ausgeführten Scherversuchen in situ wurde jeweils die Bruchscherfestigkeit aus der Trendlinie der drei Laststufen (Sprungversuch nach der Bruchbedingung von Mohr-Coloumb) im ƒ-Diagramm ermittelt. Bei den in Mehrstufentechnik ausgeführten "In-Situ-Scherversuchen" wird die Auflast erhöht, sobald sich der Bruchzustand erkennen lässt. Bei der größten Laststufe (114 kN/m²) wurde der Prüfkörper über den Bruchpunkt hinaus weiter abgeschert und so die Restscherspannung bestimmt. Die resultierende Differenz, der Scherkraftverlust, ergibt bezogen auf den Kohäsionsanteil der Fugenscherfestigkeit die wirksame Restkohäsion.

Die Ergebnisse belegen, dass sowohl die Scherfestigkeit als auch die Restkohäsion in den Trennflächen der graugrünen, verwitterten Tst/Mst-Wechsellagerung im Versuchshorizont 2 (soPO) signifikant geringer sind als in den unterlagernden rotbraunen Schluff- und Feinsandsteinen des Versuchshorizontes 1 (soPR). Im obenstehenden Diagramm sind die Messwerte der schichtbezogenen Teilversuche zusammen mit den abgeleiteten Mittelwerten für beide Versuchsebenen dargestellt.

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Versuchshorizont 1 (soPR)

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Versuchshorizont 2 (soPO)

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