ISO 17892 Geotechnische Untersuchung und Prüfung – Laboruntersuchungen von Böden

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) herausgegebene Norm „ISO 17892 Geotechnische Untersuchung und Prüfung – Laborprüfung von Boden “ besteht aus folgenden, unter demselben Titel veröffentlichten Unterabschnitten:

• ISO 17892-1 Teil 1: Bestimmung des Wassergehalts beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts von Böden. Diese Norm gilt für die Laborbestimmung des Wassergehalts (Feuchtigkeitsgehalts) einer Bodenprobe durch Ofentrocknung im Rahmen geotechnischer Untersuchungen. Der Wassergehalt ist ein wichtiges Kriterium für die Klassifizierung natürlicher Böden und ein Kontrollkriterium für wiederverdichtete Böden und wird in den meisten Feld- und Laborversuchen in Proben gemessen. Die Ofentrocknung ist das maßgebliche Verfahren in der üblichen Laborpraxis. Das praktische Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts eines Bodens besteht darin, den Masseverlust während der Trocknung der Probe bis zur konstanten Masse in einem geregelten Trockenofen bei einer festgelegten Temperatur zu bestimmen. Der Masseverlust wird als auf freies Wasser zurückzuführen angenommen und auf die verbleibende Trockenmasse der Feststoffpartikel bezogen. Diese Norm erfüllt die Anforderungen an die Bestimmung des Wassergehalts von Böden für geotechnische Untersuchungen und Versuche gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2.
• Die Norm „ISO 17892-2 Teil 2: Bestimmung der Schüttdichte“ beschreibt drei Verfahren zur Bestimmung der Schüttdichte von Böden:
  • Lineares Messverfahren: Dieses Verfahren eignet sich zur Bestimmung der Schüttdichte einer regelmäßig geformten Bodenprobe, einschließlich Proben, die für andere Tests vorbereitet wurden. Als Proben werden rechteckige Prismen oder Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt verwendet.
  • Flüssigkeitsimmersionsmethode: Bei dieser Methode wird die Schüttdichte einer natürlichen oder verdichteten Bodenprobe durch Messung ihrer Masse in Luft und ihrer scheinbaren Masse in Flüssigkeit bestimmt. Diese Methode kann angewendet werden, wenn Materialstücke entsprechender Größe zur Verfügung stehen.
  • Flüssigkeitsverdrängungsmethode: Bei dieser Methode wird die Schüttdichte einer Bodenprobe durch Messung ihrer Masse in Luft und der durch Eintauchen verdrängten Flüssigkeitsmasse bestimmt. Diese Methode kann angewendet werden, wenn Materialstücke entsprechender Größe zur Verfügung stehen.

Diese Norm ist anwendbar für die Laborbestimmung der Rohdichte von Böden im Rahmen geotechnischer Untersuchungen.

Bei Verwendung der Flüssigkeitsimmersions- oder Flüssigkeitsverdrängungsmethode und der Möglichkeit des Eindringens von Flüssigkeit (z. B. Wasser) in die Probe sollte die Probe vor der Prüfung abgedeckt werden, um ein Eindringen von Flüssigkeit zu verhindern. Die Schüttdichte eines Bodens ist hilfreich bei der Bestimmung der Überlagerungsspannung in situ als Funktion der Tiefe. Bei Bedarf kann die Trockendichte einer Probe aus der Schüttdichte und dem Wassergehalt berechnet werden, sofern diese bekannt sind.

Diese Norm erfüllt die Anforderungen zur Bestimmung der Rohdichte von Böden für geotechnische Untersuchungen und Prüfungen gemäß den Normen EN 1997-1 und EN 1997-2.

• ISO 17892-3 Teil 3: Bestimmung der Partikeldichte beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Partikeldichte von Böden. Diese Norm gilt für die Laborbestimmung der Bodenpartikeldichte für geotechnische Untersuchungen und beschreibt zwei Verfahren: das Flüssigkeitsverdrängungspyknometerverfahren und das Gasverdrängungspyknometerverfahren. Das in dieser Norm beschriebene Flüssigkeitspyknometerverfahren ist auf Bodenarten mit Partikelgrößen unter ca. 4 mm oder auf Böden anwendbar, die zur Erfüllung dieser Anforderung zerkleinert wurden. Für gröbere Materialien werden größere Pyknometer verwendet. Die Partikelgröße der für Gaspyknometerprüfungen geeigneten Böden wird durch die Abmessungen des Probenbehälters des jeweils verwendeten Gaspyknometers begrenzt. Diese Norm erfüllt die Anforderungen zur Bestimmung der Partikeldichte von Böden für geotechnische Untersuchungen und Prüfungen gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2. Das Vorhandensein gelöster Salze im Porenwasser kann die Ergebnisse dieser Prüfungen beeinflussen. Es stehen Techniken zur Kompensation gelöster Salze zur Verfügung, die jedoch über den Anwendungsbereich dieser Norm hinausgehen.
• ISO 17892-4 Teil 4: Bestimmung der Partikelgrößenverteilung beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von Böden. Diese Norm gilt für die Laborbestimmung der Partikelgrößenverteilung einer Bodenprobe für geotechnische Untersuchungen durch Sieben, Sedimentation oder eine Kombination aus beidem. Die Partikelgrößenverteilung ist eine der wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Böden. Die Bodenklassifizierung basiert hauptsächlich auf der Partikelgrößenverteilung. Viele geotechnische und geohydrologische Bodeneigenschaften hängen mit der Partikelgrößenverteilung zusammen. Die Partikelgrößenverteilung bietet eine Bodenbeschreibung basierend auf der Einteilung der Partikelgrößen in diskrete Klassen. Die Größe jeder Klasse kann durch Sieben oder Sedimentation bestimmt werden. Grobe Böden werden üblicherweise durch Sieben geprüft, Fein- und Mischböden werden jedoch je nach Bodenzusammensetzung häufig durch eine Kombination aus Sieben und Sedimentation geprüft. Das beschriebene Siebverfahren ist auf alle zementfreien Böden mit Partikelgrößen unter 125 mm anwendbar. Es werden zwei Sedimentationsverfahren beschrieben: das Aräometerverfahren und das Pipettenverfahren. Diese Norm erfüllt die Anforderungen für die Prüfung der Partikelgrößenverteilung gemäß EN 1997-2.
• Die Norm „ISO 17892-5 Teil 5: Ödometerversuch mit inkrementeller Belastung“ beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Kompressibilität von Böden durch inkrementelle Belastung in einem Ödometer. Diese Norm gilt für die Laborbestimmung von Bodenkompressions- und Verformungseigenschaften im Rahmen geotechnischer Untersuchungen. Der Ödometerversuch wird an einem zylindrischen Probekörper durchgeführt, der seitlich durch einen starren Ring begrenzt ist. Der Probekörper wird diskreten Schritten vertikaler axialer Belastung oder Entlastung ausgesetzt und kann sich axial von der Ober- und Unterseite entladen. Versuche können an intakten, umgeformten, wiederverdichteten oder rekonstruierten Probekörpern durchgeführt werden. Spannungspfade und Entwässerungsbedingungen in Fundamenten sind typischerweise dreidimensional, sodass Abweichungen in den berechneten Werten sowohl der Stärke als auch des Ausbreitmaßes auftreten können. Die geringe Größe des Probekörpers bildet die Textureigenschaften natürlicher Böden oft nicht ausreichend ab. Konsolidierungsversuchsanalysen basieren häufig auf der Annahme, dass der Boden gesättigt ist. Bei ungesättigten Böden sind einige der abgeleiteten Parameter möglicherweise nicht geeignet. Diese Norm erfüllt die Anforderungen zur Bestimmung der Kompressibilitätseigenschaften von Böden im Ödometer für geotechnische Untersuchungen und Prüfungen gemäß den Normen EN 1997-1 und EN 1997-2.
• ISO 17892-6 Teil 6: Kegelfallversuch beschreibt ein Verfahren zur Prüfung des undrainierten Festigkeitsindex von intakten und reformierten Proben feinkörniger Böden mittels der Kegelfallmethode. Diese Norm ist anwendbar für die Laborabschätzung der undrainierten Scherfestigkeit einer Bodenprobe bei geotechnischen Untersuchungen. Beim Kegelfallversuch lässt man einen Kegel mit seiner Spitze auf eine Bodenprobe fallen und misst die Eindringtiefe des Kegels in den Boden. Die Eindringtiefe wird zur Abschätzung der undrainierten Scherfestigkeit verwendet.

Der Fallkegeltest erzeugt eine komplexe Scherung in der Testprobe und ist weder für vertikale dreiachsige Kompression noch für horizontale Schertests repräsentativ. Dieser Indextest kann jedoch mit einigen Schätzungen der undrainierten Scherfestigkeit korreliert werden, die durch andere Labortestmethoden ermittelt wurden. Da der Test an einer kleinen Laborprobe durchgeführt wird, stimmen die Ergebnisse möglicherweise nicht mit Labortests überein, die an größeren Proben durchgeführt wurden. Außerdem repräsentiert die Testprobe den Boden in seinem natürlichen Zustand vor Ort möglicherweise nicht vollständig. Beispielsweise weist die Testprobe möglicherweise keine Risse in situ auf, deren Abstand größer ist als die Probengröße. Deshalb kann der Test als Schätzung der undrainierten Scherfestigkeit und nicht als echte Messung betrachtet werden. Das Verhältnis der wiederhergestellten Scherfestigkeit zur intakten Scherfestigkeit kann verwendet werden, um die Anfälligkeit einer Bodenprobe abzuschätzen. Die Messung der Scherfestigkeit im Zeitverlauf kann verwendet werden, um die Wiederherstellung der thixotropen Festigkeit einer wiederhergestellten Bodenprobe zu bewerten. Dieses Dokument erfüllt die Anforderungen an die Festigkeitsindexprüfung von Böden für geotechnische Erkundungen und Prüfungen gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2.

• ISO 17892-7 Teil 7: Einaxiale Druckprüfung beschreibt ein Verfahren für einaxiale Druckprüfungen. Diese Norm ist anwendbar für die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit einer homogenen Bodenprobe, die im Rahmen geotechnischer Untersuchungen unter Druckbelastung ungestört, wiederverdichtet, neu geformt oder wiederhergestellt wurde. Dieses Prüfverfahren ist nützlich für die Abschätzung der undrainierten Scherfestigkeit von Böden. Es ist zu beachten, dass die Entwässerung während dieser Prüfung nicht behindert wird. Daher ist der Schätzwert für die undrainierte Scherfestigkeit nur für wenig durchlässige Böden gültig, die sich während der Prüfung als unzureichend entwässert verhalten. Diese Norm erfüllt die Anforderungen an einaxiale Druckprüfungen für geotechnische Untersuchungen und Prüfungen gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2.
• ISO 17892-8 Teil 8: Triaxiale Druckversuche mit unkonsolidiertem, undrainiertem Boden beschreibt ein Verfahren für unkonsolidierte, undrainierte triaxiale Druckversuche. Diese Norm ist anwendbar auf die Laborbestimmung der undrainierten triaxialen Scherfestigkeit unter Druckbelastung im Rahmen geotechnischer Untersuchungen. Eine zylindrische Probe, die intakten, wiederverdichteten, neu geformten oder rekonstruierten Boden enthalten kann, wird unter undrainierten Bedingungen einer isotropen Spannung ausgesetzt und anschließend unter undrainierten Bedingungen geschert. Der Versuch ermöglicht die Bestimmung der Scherfestigkeit und der Spannungs-Dehnungs-Beziehungen in Form von Gesamtspannungen. Nicht standardisierte Verfahren, wie Versuche, bei denen der Porendruck gemessen wird, oder Versuche mit Filterdrainage, werden von dieser Norm nicht behandelt. Diese Norm erfüllt die Anforderungen an unkonsolidierte, undrainierte triaxiale Druckversuche für geotechnische Untersuchungen und Versuche gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2.
• Die Norm „ISO 17892-9 Teil 9: Konsolidierte triaxiale Druckversuche an wassergesättigten Böden“ beschreibt ein Verfahren für konsolidierte triaxiale Druckversuche an wassergesättigten Böden. Diese Norm ist anwendbar für die Laborbestimmung der triaxialen Scherfestigkeit unter Druckbelastung im Rahmen geotechnischer Untersuchungen. Eine zylindrische Probe, die aus intaktem, wiederverdichtetem, neu geformtem oder rekonstruiertem Boden bestehen kann, wird unter drainierten Bedingungen einer isotropen oder anisotropen Spannung ausgesetzt und anschließend unter undrainierten oder drainierten Bedingungen geschert. Der Versuch ermöglicht die Bestimmung der Scherfestigkeit, der Spannungs-Dehnungs-Beziehungen und der effektiven Spannungspfade. Alle Spannungen und Dehnungen werden als positive numerische Werte in Druck ausgedrückt.

Diese Norm sieht eine Prüfung für eine einzelne Probe vor. Zur Bestimmung der Scherfestigkeitsparameter aus diesen Prüfungen sind mindestens drei zusammenhängende Prüfreihen erforderlich. Verfahren zur Auswertung der Ergebnisse sind im Anhang B der Norm enthalten. Bei Bedarf werden die Scherfestigkeitsparameter im Bericht aufgeführt.

Folgende Sonderverfahren werden in diesem Verfahren nicht vollständig abgedeckt:

• Tests mit geschmierten Spitzen
• Mehrstufige Tests
• Null-Seitenspannungs-Konsolidierungstests
• Versuche mit lokaler Spannungsmessung oder lokaler Porendruckmessung
• Tests ohne Gummimembranen
• Erweiterungstests
• Scherversuche mit Zelldruckänderungen

Diese spezifischen Prüfungen können sich jedoch auf die in dieser Norm beschriebenen allgemeinen Verfahren beziehen. Diese Norm legt die Anforderungen an konsolidierte dreiachsige Druckversuche für geotechnische Untersuchungen und Prüfungen gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2 fest.

• ISO 17892-10 Teil 10: Direkte Scherversuche beschreibt zwei Laborprüfverfahren zur Bestimmung der effektiven Scherfestigkeit von Böden unter verfestigten, entwässerten Bedingungen mittels Scherbox oder Ringschergerät. Diese Norm gilt für die Laborbestimmung der effektiven Scherfestigkeitsparameter von Böden unter direkter Scherung im Rahmen geotechnischer Untersuchungen. Die Prüfungen dieser Norm gelten für ungestörte, umgeformte, wiederverdichtete oder rekonstruierte Böden. Das Verfahren beschreibt die Anforderungen zur Bestimmung der Scherfestigkeit einer Probe unter einer einzelnen vertikalen (normalen) Spannung.

Typischerweise werden drei oder mehr ähnliche Bodenproben für die Scherung unter drei oder mehr verschiedenen vertikalen Drücken vorbereitet, um die Scherfestigkeitsparameter gemäß Anhang B bestimmen zu können. Spezifische Verfahren zur Probenvorbereitung und -prüfung, wie z. B. Prüfungen mit progressiver Belastung und Vorscherung oder Grenzflächen zwischen Böden und anderen Materialien, werden in dieser Norm nicht behandelt. Diese Norm erfüllt die Anforderungen zur Bestimmung der drainierten Scherfestigkeit von Böden unter direkter Scherung für geotechnische Untersuchungen und Prüfungen gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2.

• Die Norm „ISO 17892-11 Teil 11: Durchlässigkeitsprüfungen“ beschreibt Verfahren zur Laborbestimmung der Wasserfließeigenschaften von Böden. Diese Norm ist auf die Laborbestimmung von Bodendurchlässigkeitskoeffizienten im Rahmen geotechnischer Untersuchungen anwendbar. Diese Norm erfüllt die Anforderungen an die Laborbestimmung von Bodendurchlässigkeitskoeffizienten für geotechnische Untersuchungen und Prüfungen gemäß EN 1997-1 und EN 1997-2.
• ISO 17892-12 Teil 12: Bestimmung der Fließ- und Plastizitätsgrenzen beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Fließ- und Plastizitätsgrenzen eines Bodens. Diese umfassen zwei Atterberg-Grenzen für Böden. Die Fließgrenze ist der Wassergehalt, bei dem ein Boden vom flüssigen in den plastischen Zustand übergeht. Diese Norm beschreibt die Bestimmung der Fließgrenze einer natürlichen Bodenprobe oder einer Bodenprobe, aus der Material von mehr als ca. 0,4 mm entfernt wurde. Diese Norm beschreibt zwei Verfahren: das Fallkegelverfahren und das Casagrande-Verfahren. Das Fallkegelverfahren in dieser Norm darf nicht mit dem in ISO 17892-6 beschriebenen Verfahren verwechselt werden. Die Plastizitätsgrenze eines Bodens ist der Wassergehalt, bei dem der Boden beim weiteren Trocknen nicht mehr plastisch ist. Die Bestimmung der Plastizitätsgrenze erfolgt normalerweise in Verbindung mit der Bestimmung der Fließgrenze. Es versteht sich, dass die Testergebnisse der Beurteilung des Bedieners unterliegen und eine gewisse Variabilität der Ergebnisse auftreten kann.
• Die Norm „ISO 17892-13 Teil 13: Quellungsversuche an Böden, harten Böden und weichen Gesteinen – Verfahren mit einem Probenzyklus“ beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Quellungseigenschaften von weichen Gesteinen oder harten Böden in einer ödometrischen Zelle, d. h. begrenzter seitlicher Verformung unter axialer Belastung. Diese Norm ist auf die Laborbestimmung von Quelldruck und -spannung im Rahmen geotechnischer Untersuchungen anwendbar. Die Ergebnisse der Quellungsversuche werden für die Bemessung von Fels- und Bodenstützungen und -auskleidungen für Baugruben und Tunnelbau in gequollenem Gestein verwendet, um größere ungeplante Ausfälle durch Quellung zu vermeiden. Der Quellungsversuch wird an einer intakten zylindrischen Probe durchgeführt. Die Probe wird zunächst im trockenen Zustand auf den in-situ Spannungszustand belastet, entlastet und erneut auf die erwartete Bemessungsspannung belastet. Die Probe wird unter konstanten Spannungsbedingungen eingetaucht und dann entlastet.

Unsere Organisation, die seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten unterstützt, verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ISO 17892 Geotechnische Forschung und Prüfung – Bodenlaborprüfung“ an.