Ingenieurgeologische Prozesse

Genese der Gesteine und Dynamik des Gebirgsverbandes sowie des ingenieurtechnisches Erfordernis (Bauvorhaben) und deren Wechselwirkungen

Gelände- und Laboruntersuchung

quantitative und qualitative Eigenschafts-bestimmungen und Modellierung von Untergrund, Baugrund, Bauraum und natürlichem Baustoff sowie Wasserverhältnisse

⇒ Baugrundmodell

Veränderungen der geologischen Körper und deren Eigenschaften an der Tagesoberfläche und in den oberen natürlichen und künstlichen Gebirgs- schichten, die vor allem auf die Nutzung als Baugrund und Bauraum oder als natürlicher Baustoff sowie Umwelt einwirken.

• Endogen-geodynamische Prozesse
• Exogen-geodynamische Prozesse
• Anthropogen-geodynamische Prozesse

• Kartierung und Dokumentation von ingenieurgeologischen Struktureinheiten im Untersuchungsgebiet in Abhängigkeit von der Baumaßnahme oder Zielstellung (zweckorientiert!)

• Erfassung der flächenhaften oder räumlichen Verbreitung und Intensität der Prozesse und Erscheinungen (Dokumentation der Formen an der Erdoberfläche)

• Ermittlung der geologischen und hydrogeologischen Ursachen der Prozesse und deren Risikograde

•Nutzung von boden- bzw. gesteinsphysikalischen Kennzahlen zur Beurteilung der Entstehung und der weiteren Entwicklung eines aktiven Prozesses sowie der Entstehungsmöglichkeit neuer Prozesse

•Ableitung von Maßnahmen zur Verhütung, Einschränkung oder Sanierung der schädlichen Wirkung der Prozesse

•  Erdbeben
• Vulkantätigkeiten
• Rezente Krustenbewegungen

⇒ Natürlich

• Tektonische Prozesse, z. B. Krustenbewegungen
• Vulkanausbrüche
• Einsturz von Karsthohlräumen
• Bergstürze

⇒ Antropogen

• Zusammenbruch bergmännischer Hohlräume, z. B. Teutschenthal, Völkershausen
• Industrielles Sprengen
• Massenverlagerungen, z. B. Flutungen: Bergbau, Talsperren
• Einpumpen und Entnahme von Flüssigkeiten und Gasen in den Untergrund, z. B. Geothermie (Basel)

nach Häufigkeit abnehmend

• Tektonische Beben
• Vulkanische Beben
• Einsturzbeben

(Tiefe)

• Flachbeben: Tiefe 5 – 60 km
• Zwischen- (70 – 300 km Tiefe)
• Tiefbeben (bis 700 km)

• P-Wellen  (undae primae):
  • longitudinale Vorläufer-Wellen mit hoher Geschwindigkeit in der Erdkruste

• S-Wellen (undae secundae):
  • transversale Vorläufer-Wellen mit geringer Geschwindigkeit in der Erdkruste

• L-Wellen (undae longae):
  • Transversalwellen mit geringer Geschwindigkeit entlang der Erdoberfläche

Als Vulkanismus wird die Gesamtheit aller Vorgänge und Erscheinungen verstanden, die mit dem Aufsteigen von Magma (Gesteinsschmelze) aus dem tieferen Untergrund und dessen Austritt als Lava oder Lavamaterial (Tephra und Gase) an der Geländeoberfläche verbunden sind.

• Aktive Vulkane
• Derzeit in Ruhe befindliche Vulkane
• Erloschene Vulkane

allg. Verwitterung

Oberbegriff für alle zur Abtragung der Erdoberfläche beitragenden Vorgänge, die Boden- und Gesteinsmaterial aus ihrem Verband lockern, lösen und verlagern, incl. Verwitterung und Massenbewegungen

Unterirdische Lösungs- und Transport-, Umbildungs- und Umlagerungsprozesse im Locker- und Festgestein,

insbesondere durch Sicker- und Grundwasserbewegungen,

incl. Hohlraumbildungen und deren Auswirkungen auf die Geländeoberfläche

Verwitterungsprozesse sind autochthone Zerstörungen von Gestein und Gebirge durch komplex wirkende physikalische, chemische und biologische Vorgänge zur Lockerung und Zerrüttung von Korngefügen und Kluftkörperverbänden bis zur chemischen Lösung von Mineralen in Abhängigkeit vom Klima sowie von den Mineralen, Porosität, Struktur, Textur der Gesteine und der chemischen Beschaffenheit der Bodenlösungen.

► Hauptagenzien sind Gestein / Gebirge, Klimafaktoren (Niederschlag, Temperatur) und Organismen (Bewuchs)

► Verwitterung führt zur Bodenbildung

Nival:

Es fällt mehr Schnee als abtaut.

Bei geringem Niederschlag große Frosteindringtiefe.

► Frostschuttströme, Solifluktion, Kryoturbation (durch Frostwechsel)

• Rezente Gebiete von Interesse, da Rückschlüsse auf Periglazialgebiete unserer pleistozänen Vereisung möglich
• Gefrorener Boden reagiert wie Fels, beim Auftauen wird der Boden zum Lockergestein, Konsistenzänderung →Tragfäigkeitsäderung

1. Temperaturverwitterung

Klimabedingte Temperaturunterschiede, unterschiedliche Ausdehnung in Richtung der Kristallachsen von Mineralen verursachen Spannungen im Gestein → Gefügeauflockerung, Abgrusung, Desquamation, Kernsprung

2. Frostverwitterung

Volumenzunahme des Wassers beim Gefrieren um 9 % → Gefügeauflockerung, Gesteinssprengung

3. Salzverwitterung

Volumenzunahme und Kristallisationsdruck beim Auskristallisieren aus Lösungen → Gefügeauflockerung, Salzausblühungen

• Verbreitung:

Dauerfrostgebiete, Hochgebirge, gemäßigte Breiten

• Ursache:
  • Frostsprengung durch Volumenzunahme um 9 % beim Gefrieren des Wassers
  • Wasser bei + 4 °C größte Dichte → kleinstes Volumen
  • Größter Druck auf das Gestein bei – 22 °C mit 211,5 MPa
• Vorgang:
  • Kapillare, feine Risse und Poren sind mit Wasser gefüllt
  • Hohlräume frieren von außen nach innen zu

Beim Gefrieren wird das innere, später gefrierende Wasser bedrängt → Sprengung des Korngerüstes bzw. Kluftkörperverbandes

Intensität ist eine Funktion der Häufigkeit und Geschwindigkeit des Gefrier- und Auftauprozesses, der Porenfüllung mit Wasser, Verbandsfestigkeit, Ausbildung des Kluftnetzes, Korngefügefestigkeit, Wasserführung

Verbreitung und Beispiele:

Vorzugsweise in ariden Gebieten mit hoher Verdunstung, aber auch in gemäßigten Zonen bis 50 cm Eindringtiefe und 30° C Temperaturschwankung

In nivalen Bereichen unter periglazialen Bedingungen (Umgebung des Gletschers ohne Schneebedeckung)

gibt verschiedene Bereiche

• nicht frostempfindlich
• gering bis mittel frostempfindlich
• sehr frostempfindlich

je nach Gestein verschieden

► Küstenveränderungen mit negativer Materialbilanz (Landverlust)

► Küstenveränderungen mit positiver Materialbilanz (Anlandung, Verlandung)

► Verharren einer Küstenstrecke in Ruhe

Küste: Grenzlinie Wasser/Festland bzw. ihr gegenseitiger Beeinflussungsbereich (z. B. in der westlichen Ostsee seeseitige Begrenzung bis 10 m Tiefe)

• Wellengeschwindigkeit bzw. Küsten-strömung und Auftreffwinkel der Wellen zur Uferlinie
• Windgeschwindigkeit
• Küstenform, -höhe und regionale Lage
• Zusammensetzung, Festigkeit und Lagerungsverhältnisse der anstehenden Gesteine im Bereich der Küste und Schorre
• Vegetation im Küstenbereich
• Wirkung der Atmosphärilien (Frost u. a.)

• Mechanische Energie durch die Wellen-bewegung bzw. durch die Küstenströmung
• Erosionswirkung der Wellen reicht bis in 20 m Tiefe
• Wellenhöhe bis 6 – 8 m
• Druckwirkung der Wellen auf dem Meeresboden:
  • Ostsee 1 bar
  • Nordsee 1,5 bar

steiler Abfall

langgezogen

Schutz vor Erosion der Küste

• Strandauffüllungen
• Buhnen und Längswerke in Form von Tetrapoden-Wällen, Deckwerken, Mauern, Deichbau (Sandkern mit Abdeckung, Grasnarbe, Drainagen)
• Geeignetes Baumaterial ist zu verwenden:
  •  Verwitterungsbeständig
  •  Hohe Festigkeit (> 80 N/mm²)
  •  Hohe Dichte
  • Kubische Form der Steine

→ Notlösung: Sandsäcke oder sand-gefüllte Gewebeschläuche

• Lokale und flächenhafte Stabilisierung von Dünen
  • Ingenieurbiologische Verfahren (Strandhafer, Kiefer)
  •  Bautechnische Verfahren
• Verfahren der Küstensicherung
  • Ingenieurbiologische Verfahren (wurzelstarke Bepflanzung)
  • Schutzbauten (Längswerke, z. B. Uferschutz-mauer, Uferschüttung; Querwerke, z. B. Faschinengeflechte, Spundwände, Buhnen)

►sind solche exogenen (oder endogenen) Vorgänge im Bereich des oberen Teils der Erdkruste, die durch den Menschen bewusst oder unbewusst bei ihrer Nutzung als Baugrund, Bauraum oder Baustoff bzw. durch Bergbau intensiviert oder verursacht werden.

• bestimmt im wesentlichen Iinhalt und Zweck
• Kartenmasstab = lineares Verkleinerungsverhältnis der Karte gegenüber der Natur

M = K : N

mit K - Kartenstrecke

      N - K entsprechende Naturstrecke

Beispiel: 

M 1: 50 000

d.h 1cm der Karte entrechen 50 000cm = 500m in der Natur

dabei: 50 000 = Maßstabszahl m

m = N : K      → M = 1 : m

je kleiner die Maßstabszahl, umso mehr informationen können in der Karte eingetragen werden