Einfluss unterschiedlicher Versuchsparameter auf die Scherfestigkeit und die Standsicherheit einer typischen Hangsituation im niederösterreichischen Straßennetz

Für die Beurteilung der Standsicherheit von Böschungen und Hängen haben die Scherparameter (Reibungswinkel und Kohäsion) einen wesentlichen Einfluss. Die Bestimmung von diesen Scherparametern erfolgt durch Laborversuche (Scherversuche), wobei die Versuchsdurchführung zwar durch eine Norm geregelt ist, diese jedoch in Bezug auf die Wahl diverser Gerätekonfigurationen und Versuchsparameter eine gewisse Bandbreite zulässt. Oftmals wird die Wahl der Gerätekonfiguration und der Versuchsparameter dem Labor überlassen. Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass dies einen Einfluss auf die Versuchsergebnisse haben kann und dadurch die ermittelten Parameter (Reibungswinkel und Kohäsion) innerhalb einer gewissen Bandbreite schwanken können. Dies kann letztlich Auswirkungen auf die Beurteilung der Standsicherheit haben.

Anhand eines konkreten Fallbeispiels soll dies nun näher untersucht werden. Dazu soll eine typische Situation im Bereich des niederösterreichischen Straßennetzes ausgewählt werden und zunächst die in-situ-Situation mittels Untergrundaufschlüssen und Feldmessungen (geodätische Messungen, Inklinometermessungen) erfasst werden. Anhand von entnommenen Bodenproben sollen bodenphysikalische Laboruntersuchungen durchgeführt werden, um die Standsicherheit in-situ beurteilen zu können. Dabei soll insbesondere untersucht werden, wie sich die Wahl unterschiedlicher Gerätekonfigurationen bzw. unterschiedlicher Versuchsparameter auf die Versuchsergebnisse (Reibungswinkel und Kohäsion) auswirken und damit die Standsicherheitsbeurteilung beeinflussen.

Es sind dabei u.a. folgende Versuchsvarianten angedacht:

  • Direkter Scherversuch mit konstantem Porenvolumen ("Wiener Routinescherversuch")
  • Direkter Scherversuch (3 Punkt-Scherversuch)
    • Versuchsdurchführung mit fixiertem oberen Scherrahmen sowie mit schwebendem, gewichtskompensierten oberen Scherrahmen
    • Versuchsdurchführung unter Wasser bzw. nicht unter Wasser
    • Versuchsdurchführung mit unterschiedlicher Schergeschwindigkeit
    • Versuchsdurchführung mit unterschiedlichem Scherspalt
    • Versuchsdurchführung mit gestörten/ungestörten Bodenproben
  • Gegenüberstellung mit Ergebnissen von Triaxialversuchen

Die auf diese Weise ermittelten Scherparameter sollen einander gegenübergestellt werden und anhand von Standsicherheitsberechnungen untersucht werden, welchen Einfluss diese auf den Ausnutzungsgrad der Hangböschung haben. Dabei sollen auch die Ergebnisse aus den Inklinometermessungen mitberücksichtigt werden. Darüberhinaus sollen die Verhältnisse während eines Scherversuches mit Hilfe von numerischen Simulationsberechnungen analysiert werden.

4 technische Zeichnungen mit unterschiedlichen Gerätekonfigurationen.

© Stoewahse, Blümel; 2001

Prinzipskizzen zur mechanischen Wirkungsweise unterschiedlicher Rahmenschergeräte. [Stoewahse C., Blümel W.: Einfluss der Rahmenlagerung auf die Messwerte der Scherfestigkeit im Rahmenscherversuch; 1. Siegener Symposium „Messtechnik im Erd- und Grundbau“; 2001]

An einem Kran hängt ein Scherrahmen mit eingebauter Bodenprobe; 2 Personen halten den Rahmen.

© TU Wien, Institut für Geotechnik

Einbau einer Bodenprobe in das Großschergerät.

Auf einem Tisch liegen hintereinander 3 geöffnete Scherrahmen, die den Boden nach dem Scherversuch zeigen.

© TU Wien, Institut für Geotechnik

Abgescherte bindige Bodenproben nach dem Ausbau aus dem Kleinschergerät.

Ansicht eines mechanischen Schergerätes.

© TU Wien, Institut für Geotechnik

Mechanisches Schergerät für den Wiener Routinescherversuch.