Bodenbehandlungen in der neuen ZTVE

Zementstabilisierte Böden
Neutraubling, 26. Januar 2011
Bodenbehandlung in der neuen ZTV E-StB 09
sowie in den neuen Merkblättern
Dr.-Ing. Hans-Werner Schade
IfM Dr. Schellenberg, Leipheim
Dr.-Ing. Hans-Werner Schade, Albrecht-Dürer Str. 13, 89340 Leipheim
Bauingenieur, 61 Jahre, verheiratet, 2 Kinder
1970 – 1977
Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen Hochschule in Darmstadt
1977 – 1978
Grundbaubüro Prof. Breth / Dipl.-Ing. Romberg, Darmstadt
1987 – 1983
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Bodenmechanik
und Grundbau an der TH Darmstadt
seit 10.05.1983
Institut für Materialprüfung Dr. Schellenberg Leipheim, GmbH
20.01.1984
Promotion an der TH Darmstadt über das Gebiet aus dem Staudammbau "Die Sättigungssetzung von Steinschüttungen"
08.07.1991
Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Bodenmechanik, Grundbau, Erdbau einschließlich Deponietechnik bei
der IHK für Augsburg und Schwaben
05.11.1997
Eintragung in die Liste der "Verantwortlichen Sachverständigen
für Erd- und Grundbau" bei der Bayerischen Ingenieurekammer Bau
Fachgremien und Verbände:
FGSV:
Mitarbeiter im AA 5.3, Bodenbehandlung
Leiter des AK 5.3.1, Immobilisierung von Schadstoffen
Leiter der Bearbeitergruppen: Überarbeitung der TP BF-StB, Teil 11.1
(Bodenverfestigung) und 11.3 (Bodenverbesserung)
VSVI:
Vorstandsmitglied im VSVI Bayern, Bezirksgruppe Schwaben
DGGT:
Mitglied in den Fachsektionen Erd- und Grundbau und Kunststoffe in der
Geotechnik
Lebenslauf 3
Bodenbehandlungen in der
neuen ZTV E-StB 09
sowie in den neuen
Merkblättern
Dr.-Ing. Hans-Werner Schade
IfM Dr. Schellenberg, Leipheim
GBB-Fachtagung, 26.01.2011, Neutraubling
Inhaltsverzeichnis
1. Vorschriften und Merkblätter für Bodenbehandlungen
2. Neuerungen der Bodenbehandlungen in der
ZTVE-StB 09
3. Merkblatt über die Behandlung von Böden und
Baustoffen mit Bindemitteln zur Reduzierung der
Eluierbarkeit umweltrelevanter Inhaltsstoffe
4. Neue Prüfvorschriften für Bodenverbesserungen
und Bodenverfestigungen
2
1
1. Vorschriften und Merkblätter
Richtlinien, VertragsVertrags- und Lieferbedingungen
Ø ZTV BetonBeton-StB 07, FGSV 899, Ausgabe 2007(alt
2007(alt ZTV
BetonBeton-StB 01)
Ø ZTV SoBSoB-StB 04, FGSV 698, Ausgabe 2004 (alt
ZTVTZTVT- StB 95/02)
Ø ZTV EE-StB 09, FGSV 599, Ausgabe 2009, (alt
(alt ZTV EEStB 94/97)
Ø RStO 01, FGSV 499, Ausgabe 2001
Ø TL BuB E-StB 09, Technische Lieferbedingungen für
Böden und Baustoffe für den Erdbau im Strassenbau,
FGSV 597, Ausgabe 2009
3
1. Vorschriften und Merkblätter
Technische Lieferbedingungen und Merkblätter
ØMerkblatt über Bodenverfestigungen und
Bodenverbesserungen mit Bindemittel, FGSV
551, Ausgabe 2004
ØMerkblatt über die Behandlung von Böden und
Baustoffen mit Bindemitteln zur Reduzierung der
Eluierbarkeit umweltrelevanter Inhaltsstoffe,
FGSV 560, Ausgabe 2009
ØMerkblatt zur Herstellung, Wirkungsweise und
Anwendung von Mischbindemitteln, (Entwurf
2010, Druck in 2011 geplant)
4
2
1. Vorschriften und Merkblätter
Technische Prüfvorschriften (alt)
ØTP BFBF-StB, Teil B 11.1, Eignungsprüfungen bei
Bodenverfestigungen mit hydraulischen
Bindemitteln, FGSV Ausgabe 2005
ØTP BFBF-StB, Teil B 11.5, Eignungsprüfungen bei
Bodenverbesserung und Bodenverfestigung mit
Feinkalk und Kalkhydrat, FGSV Ausgabe 1991
5
1. Vorschriften und Merkblätter
Technische Prüfvorschriften (neu)
Ø TP-BF-StB, Teil B 11.1, Eignungsprüfungen für
Bodenverfestigungen mit Bindemitteln, FGSV
(Entwurf 2010, Druck in 2011 geplant)
Ø TP-BF-StB, Teil B 11.3, Eignungsprüfungen für
Bodenverbesserungen, FGSV 591/B 11.3,
Ausgabe 2010
Ø TP Beton-StB 10, Technische Prüfvorschriften für
Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und
Fahrbahndecken aus Beton, FGSV 892, Ausgabe
2010
6
3
7
ZTVE-StB 09
4.3
Einbau und Verdichten
4.3.2 Anforderungen an das Verdichten
Bereich
Bodengruppen
DPr
na
in % in %
1 Planum bis 1,0 m Tiefe
bei Dämmen und 0,5 m
Tiefe bei Einschnitten
GW, GI, GE
SW, SI, SE
GU, GT, SU, ST
100
-
2 1,0 m unter Planum bis
Dammsohle
GW, GI, GE
SW, SI, SE
GU, GT, SU, ST
98
-
3 Planum bis Dammsohle
und 0,5 m Tiefe bei
Einschnitten
GU*, GT*, SU*, ST*
U, T, OU3), OT3)
97
124)
8
4
ZTVE-StB 09
4.3
Einbau und Verdichten
4.3.2 Anforderungen an das Verdichten
Ø Luftporenanteil < 12%: Gemischt- und feinkörnige Böden bei
Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen
Ø Luftporenanteil < 6%: Gemischt- und feinkörnige Böden aus
veränderlichen festen Gesteinen ohne
Bindemittelverbesserung
Ø Luftporenanteil < 8%: wasserempfindliche gemischt- und
feinkörnige Böden ohne Bindemittelverbesserung
9
ZTVE-StB 09
4.4
Planum
Ø
Querneigung bei wasserempfindlichen Böden und
Baustoffen > 4 %
Ø
Querneigung bei Bodenverfestigungen und qualifizierte
Bodenverbesserung > 2,5 %
Ø
Schutz des Planums wird nicht gesondert vergütet, wenn
der AN das Planum und den Oberbau einer
Baumaßnahme herstellt
10
5
ZTVE-StB 09
4.5
Verformungsmodul
a) frostsicherer Untergrund
Bauklasse SV, I-IV: EV2 > 120 MN/m2; (Evd > 65 MN/m2)
Bauklasse V-VI:
EV2 > 100 MN/m2; (Evd > 50 MN/m2)
b) frostempfindlicher Untergrund
EV2 > 45 MN/m2;
c) frostempfindlicher Untergrund und qualifizierte
Bodenverbesserung
EV2 > 70 MN/m2
à im LV ist anzugeben, ob der statische oder dynamische
Verformungsmodul nachzuweisen ist
11
ZTVE-StB 09
12.
Bodenbehandlung mit Bindemitteln
12.1
Anwendung
Ø Bodenverfestigungen werden in der obersten Zone des
Untergrundes oder Unterbaus ausgeführt und können auf die
frostsichere Dicke des Oberbodens gem. RStO angerechnet
werden (max. 20 cm)
Ø Qualifizierte Bodenverbesserungen sind Bodenverbesserungen mit
erhöhten Anforderungen und können bei der Herstellung von
Dämmen, Böschungen, Hinterfüllungen und auf dem Erdplanum
angewendet werden, F3-Boden à F2-Boden
Ø Bodenverbesserungen werden im Erdbau zur
Tragfähigkeitssteigerung und zur Verbesserung der Einbaufähigkeit
durchgeführt und können als Technische Sicherungsmaßnahmen
für Böden der Einbauklasse 2 (LAGA Z2) angewendet werden
12
6
Begriffsbestimmungen der Bodenverbesserung und der Bodenverfestigung
a) Bodenverfestigung nach ZTV E und ZTV Beton
à Boden wird durch Zugabe von Bindemittel
dauerhaft tragfä
tragfähig und frostbestä
frostbeständig
•
im Straßenoberbau (Regelfall) à
Anforderungen
nach TV Beton
•
im Erdbau (auf dem Planum) à
Anforderungen
nach ZTV E
13
ZTV Beton, ZTV E-StB 09 und RSTO 01
Bodenverfestigung im Straßenoberbau
(Bauklasse IV, Zone II, Straßenoberbau nach RStO)
Standardbauweise
mit HGT im Oberbau
4 cm
AD
4 cm AD
4 cm
10 cm ATS
120 MN/m²
HGT
15 cm
HVT
14 cm ATS
120 MN/m²
mit HVT im Erdbau
120 MN/m²
AD
14 cm ATS
27 cm FSS
47 cm FSS
36 cm FSS
20 cm
45 MN/m²
HVT
(ZTVE)
45 MN/m²
F3 Boden
F3 Boden
F3 Boden
14
7
2. Begriffsbestimmungen :
b) Bodenverbesserung im Erdbau nach ZTVE
Bodenverbesserungen sind Verfahren zur
Verbesserung der Einbaufähigkeit und
Verdichtbarkeit
Ø
Ø
Ø
Verringerung des Wassergehaltes (Dpr ≥ 97-100%)
Erhöhung der Tragfähigkeit (EV2 ≥ 45 MN/m²)
Verbesserung der Witterungsempfindlichkeit (Schutz
des Erdplanums)
Qualifizierte Bodenverbesserungen können zur
Reduzierung der Dicke der Frostschutzschicht
herangezogen werden
15
ZTV E-StB 09 + RSTO 01
Qualifizierte Bodenverbesserung im Erdbau
(Bauklasse IV, Frosteinwirkung Zone II)
Oberbau
Oberbau
70 MN/m²
55 cm
45 MN/m²
45 MN/m²
F2 Boden
Oberbau
65 cm
F3 Boden
55 cm
F3-Boden + ≥
3 M.-% BM
⇒ F2-Boden
80 cm
F3-Boden
16
8
ZTVE-StB 09
12.
Bodenbehandlung mit Bindemitteln
12.3.2
Bindemittel
Ø Zement (DIN EN 197-1 + DIN 1164-10)
Ø Baukalk (DIN EN 459-1) + Anforderungen an die
Reaktionsfähigkeit der Kalke und die Mahlfeinheit)
Ø Hydraulischer Boden- und Tragschichtbinder (DIN
18506)
Ø Mischbindemittel = Kombination aus genormten
hydraulischen Bindemitteln und Baukalk
17
ZTVE-StB 09
12.3.2 Bindemittel
Anforderungen an die Reaktionsfähigkeit der Kalke
Kalktyp
Reaktionsfähigkeit
CL 90
t60 °C ≤ 25 min
CL 80
t50 °C ≤ 25 min
DL 85
t40 °C ≤ 25 min
DL 80
t35 °C ≤ 25 min
18
9
Forschungsvorhaben, Mischbindemittel
Temperaturmessungen, Boden TL
CEM I 32,5 R
1%
3%
5%
0
Temperatur (°C)
Temperatur (°C)
40,0
36,0
32,0
28,0
24,0
20,0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
MB 50/50
MB 30/70
1%
3%
5%
2
4
1%
3%
5%
Reaktionszeit (h)
40,0
36,0
32,0
28,0
24,0
20,0
0
40,0
36,0
32,0
28,0
24,0
20,0
Reaktionszeit (h)
Temperatur (°C)
Temperatur (°C)
Weißfeinkalk
6
40,0
36,0
32,0
28,0
24,0
20,0
1%
3%
5%
0
8 10 12 14 16 18 20
2
4 6
8 10 12 14 16 18 20
Reaktionszeit (h)
Reaktionszeit (h)
19
Forschungsvorhaben,Mischbindemittel
Proctorversuche
TL (1 Stunde Reaktionszeit)
3
Trockendichte [g/cm ]
1,95
1,90
1,85
1,80
1,75
1,70
8
10
12
14
16
18
20
22
Ausgangswassergehalt [M-%]
x ohne Bindemittel, 1% WFK,
3% WFK,
5% WFK,
1% CEM I,
3% CEM I,
5% CEM I
20
10
Schlämmkorn
Ton
100
Siebkorn
Schluffkorn
Sandkorn
Kieskorn
Steine
Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob-
90
Kalk
Zement
80
Mischbindemittel
Massenanteil [%]
70
60
A
B
C
D
E
F
G
50
40
30
20
10
0
0,002
0,006
0,02
0,06
0,2
0,63
2,0
6,3
20
63
200
Korndurchmesser d [mm]
B e r e ic h
B e r e ic h
B e r e ic h
B e r e ic h
B e r e ic h
B e r e ic h
B e r e ic h
A
B
C
D
E
F
G
u n g e e i g n e t , n i c h t z e r k le i n e r b a r
T A : n u r K a lk
T M , T L , U M : K a lk u n d M B 5 0 / 5 0
G U * , S U * : M B 3 0 / 7 0 u n d M B 5 0 /5 0
G U , S U : M B 3 0 /7 0 u n d C E M
G W , G I: C E M
u n g e e ig n e t, z u g r o b
21
ZTVE-StB 09
12.
Bodenbehandlung mit Bindemitteln
12.4.2 Bodenverfestigung
Kriterien für die Bestimmung der Bindemittelmenge bei der Eignungsprüfung für eine
Bodenverfestigung nach der ZTV E mit Eignungsprüfung nach TP BF StB, Teil B 11.1
Zeile
Bodengruppe
Hebung der Probe
1
SU-ST-GU-GT
2
SU*-GU*-UL-UM
ST*-GT*-TL-TM-TA
∆l
l ≤ 10/00
Böden und Baustoffe
nach TL BuB
∆l
0
l ≤ 1 /00
3
∆l
≤ 10/00
l
Druckfestigkeit
6,0 N/mm2 im Alter
von 28 Tagen
6,0 N/mm2 im Alter
von 28 Tagen
22
11
ZTVE-StB 09
12.
Bodenbehandlung mit Bindemitteln
12.4.3 Qualifizierte Bodenverbesserung (Anforderungen)
Ø Bindemittelmenge > 3 M.-%
Ø Einaxiale Druckfestigkeit (28 Tage) > 0,5 N/mm²
oder CBR-Wert > 40 %
Ø Festigkeitsabfall infolge Wasserlagerung < 50 %
Ø EV2 > 70 MN/m² auf dem Planum
23
24
12
3. Merkblatt Immobilisierung
Einbauklassen gemäß LAGA M 20
Zuordnungswert (Obergrenze der Einbauklasse)
Z0
Z1
Z2
Verwertung
Einbauklasse 0
Einbauklasse 1
uneingeschränk- eingeschränkter
ter Einbau 1
offener Einbau
Z3
Z4
Z5
Ablagerung in Deponien
Einbauklasse 2 Deponieklasse I
Deponieklasse II
Deponieklasse III
eingeschränkter (AbfAblV/DepV)
Einbau mit
definierten
technischen
Sicherungsmaßnahmen
(AbfAblV/DepV)
(DepV)
1
Diese Einbauklasse gilt nur für die Verwertung in bodenähnlichen
Anwendungen (Verfüllung von Abgrabungen und Abfallverwertung im
Landschaftsbau außerhalb von Bauwerken)
25
3. Merkblatt Immobilisierung
2.
Anwendungsbereich
Ø umweltrelevante Inhaltsstoffe in Böden und Baustoffe
der Einbauklasse 2 werden durch Zugabe von
Bindemittel in stabile, schwer lösliche Verbindungen
umgewandelt, so dass diese aufgrund der
Eluierbarkeit in die Einbauklasse 1 eingestuft
werden können
Ø umweltrelevante Inhaltsstoffe liegen in Böden und
Baustoffen vor, wenn diese geogen oder
anthropogen bedingte hohe Gehalte oder
Konzentrationen schädlicher Inhaltsstoffe
aufweisen und nicht im offenen Einbau im Erdbau
wiederverwendbar sind
26
13
3. Merkblatt Immobilisierung
4.4
Bindemittel
Ø Zement (DIN EN 197 + DIN 1164-10)
Ø Baukalk (DIN EN 459-1)
Ø Hydraulische Böden- und Tragschichtbinder (DIN
18506)
Ø Mischbindemittel (Kombination aus genormten
hydraulischen Bindemitteln und Baukalken)
27
3. Merkblatt Immobilisierung
5.1
Wirkmechanismen
ØVerringerung der Wasserlöslichkeit des Schadstoffes
(z.B. durch Veränderung des pH-Wertes)
ØVerringerung der Flüchtigkeit von Schadstoffen (z.B.
durch Adsorption an einen Zusatzstoff wie
Aktivkohle)
ØReduktion der Zutrittsmöglichkeit von Wasser zum
Schadstoff
ØBildung stabiler nicht wasserlöslicher Verbindungen
sowie Einbau von Stoffen, z.B. Schwermetallen, in
das Kristallgitter
28
14
3. Merkblatt Immobilisierung
Chemisches Immobilisationspotential
ØFällung von schwer löslichen Hydroxiden infolge des
hohen pH- Wertes
ØAbsorption von Ionen in und an den großen Oberflächen
der Calciumsilikathydrat-(CSH)- Phasen
ØEinbau von Schadstoffen in Schichten der kristallinen
Hydratationsprodukte
ØZugabe von speziell modifizierter Organo- Tone oder
Adsorbentien (z.B. Aktiv- Kohle oder modifizierte
Bentonite) für bestimmte organische Schadstoffe
29
3. Merkblatt Imobilisierung
Physikalisches Immobilisationspotential
Ø Einkapselung in einem homogenen dichten und
langzeitbeständigem Gefüge
Voraussetzungen:
Ø detaillierte Kenntnis des Chemismus der Inhaltsstoffe
Ø Einsatz in Bereichen, in denen keine schädliche
Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers
stattfindet und Absprache mit den zuständigen
Fachbehörden
Ø Eignungsprüfung zur Festlegung des Bindemittels, der
Bindemittelmengen und der Arbeitsweise ist zwingend
erforderlich
Ø Qualität ist durch Eignungsprüfungen, Eigenüberwachungsprüfungen und Kontrollprüfungen sicher zu stellen
30
15
3. Merkblatt Imobilisierung
8.
Anforderungen
Ø
Verdichtungsgrad Dpr ≥ 98 %
Ø
Bindemittelgehalt ≥ 3 M.-%
Ø
Umweltrelevante Anforderungen
31
Messwert
1
Messwert
2
Grenzwert
nach TL
Gestein-StB
Grenzwert
berechnet
Messwert
3
Untersuchungsverfahren
Mod.
DEV S4
Trogverfahren
Mod.
DEV S4
Trogverfahren
Trogverfahren
Material
Ausgangsmaterial
Ausgangsmaterial
RC-1
RC-1
BaustoffBindemittelgemisch
z.B.
Chrom (μg/l)
80
60
30
22,5
18
* 0,75
* 0,75
32
P
32
16
33
TP BF-StB, Teil B 11.3
1.
Anwendungsbereich
Ø Eignungsprüfung für Bodenverbesserung und
qualifizierte Bodenverbesserung im Erdbau
2.
Begriffsbestimmungen
Ø Bodenverbesserung mit Bindemitteln sind
Verfahren zur Verbesserung der Einbaufähigkeit
und Verdichtbarkeit von Böden
Ø Qualifizierte Bodenverbesserung sind
Bodenverbesserung mit Bindemitteln mit
erhöhten Anforderungen
34
17
TP BF-StB, Teil B 11.3
3.
Probenahme
Ø sachgerechter Probentransport
Ø Bodenansprache auf der Baustelle und
Bodenklassifikation nach DIN 18196
Ø Einzelproben oder repräsentative Sammelprobe
Ø Probemenge ca. 100 – 300 kg Boden, ca. 10 –
20 kg Bindemittel und ca. 20 – 50 Liter Wasser
35
TP BF-StB, Teil B 11.3
4.
Eignungsprüfung
Ø rechtzeitig vor Baubeginn
Ø Zeitdauer für EP für Bodenverbesserung ca. 5
Tage
Ø Zeitdauer für EP für qualifizierte
Bodenverbesserung ca. 2 – 5 Wochen
36
18
TP BF-StB, Teil B 11.3
4. Eignungsprüfung
37
TP BF-StB, Teil B 11.3
4. Eignungsprüfung
Tabelle 2: Bodenspezifische Erfahrungswerte für die mittlere Bindemittelmenge
bei Bodenverbesserungen und qualifizierten Bodenverbesserungen
38
19
TP BF-StB, Teil B 11.3
4. Eignungsprüfung
Tabelle 3: Reaktionszeiten der Bindemittel
Bindemittel
-
Reaktionszeit
Std.
Zement
Hydraulischer
MischHydraulischer
(ohne Tragschichtbinder,
bindeKalk
CEM III)
CEM III
mittel
1
2
4
4
Baukalk
6
39
TP BF-StB, Teil B 11.3
4. Eignungsprüfungen
Ø Festigkeitsbestimmungen durch einaxiale
Druckversuche oder CBR-Versuche (∅ 100 mm
bei Größtkorn 16 mm bzw.
∅ 150 mm bei Größtkorn 32 mm)
Ø Dpr = 100 %
Ø Probenlagerung unter kontrollierten Bedingungen
(Temperatur, Wassergehalt)
40
20
TP BF-StB, Teil B 11.3
5. Prüfbericht (Gliederung)
1. Auftrag und Bauvorhaben
2. Angaben zur Probenahme
-
Boden (die Niederschrift zur Probenahme gemäß Anhang 2 ist als
Anlage beizufügen)
-
Bindemittel (Bezeichnung und Herkunft)
-
Wasser
3. Bodenuntersuchungen
-
Bodenansprache
Wassergehalt
Korndichte
Korngrößenverteilung
Zustandsgrenzen
Proctordichte und optimaler Wassergehalt
Glühverlust
Schädliche Bestandteile
41
TP BF-StB, Teil B 11.3
5. Prüfbericht (Gliederung)
4. Bindemitteluntersuchungen (ggf. entsprechend den Normen in Anhang 1)
5. Wasseruntersuchungen
6. Untersuchung des Boden-Bindemittel-Gemisches
-
Angaben zur Probenvorbereitung / -mischung
-
Proctorversuch
-
Einaxiale Druckfestigkeit mit Angaben zur Probenherstellung und
Probenlagerung sowie Trockendichte und Wassergehalt nach dem
Versuch
-
CBR-Versuch mit Angaben zur Probenherstellung und
Probenlagerung sowie Trockendichte und Wasserlagerung nach
dem Versuch
7. Berechnung des erforderlichen Bindemittelgehalts
8. Beurteilung
42
21
TP BF StB, Teil B 11.3, Anhang 2
43
TP BF StB, Teil B 11.3, Anhang 2
44
22
TP BF StB, Teil B 11.3, Anhang 3
45
23