Locker-, Halbfest- und Festgestein

Die Geologie unterteilt Gesteine nach ihrem Zusammenhalt in Locker-, Halbfest- und Festgestein. In Deutschland werden sie zudem nach ihren technischen Eigenschaften im Bauwesen zur Beurteilung der Baugründe in 7 Bodenklassen eingeteilt. Die Beurteilung und Feststellung der im konkreten Fall vorliegenden Bodenklasse geschieht durch Sachverständige, die in der Bodenmechanik bewandert sind. Neben der Bodenmechanik gibt es eine weitere technische Disziplin, welche sich mit der Klassifikation und dem Verhalten von Gesteinsmassen beschäftigt, die Felsmechanik.

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Lockergestein

      Lockergestein ist ein noch nicht verfestigtes Haufwerk, dessen Gemengteile keinen festen Zusammenhalt, also wenig Kornbindung haben. Die Zwischenräume sind mit Luft oder Wasser gefüllt. Es hat eine sehr geringe Scherfestigkeit und bei Böschungen oder Schüttungen lässt sich seine Stabilität relativ gut mit dem Reibungswinkel beschreiben. Lockergesteine lassen sich darüber hinaus in nicht bindig (Kornbindung nur durch Reibung), bindig (Teilchenhaftung vorwiegend durch Kohäsion etwa durch Tonminerale) und organisch (Zusammenhalt durch Verfilzung organischer Fasern) einteilen.

Nach der Definition von Maidl (siehe Literatur und Weblinks) ist Lockergestein ein Gemenge ohne mineralische Bindung. Es kann eine Mischung von Mineralien, Gesteinsbruchstücken und organischem Material sein oder ausschließlich aus einer dieser Komponenten bestehen. Ein Zerlegen der mineralischen Anteile nach Korngrößen ist möglich. Ein weiteres Merkmal ist die überwiegende Punktberührung der Teilkörper. Lockergestein besteht grundsätzlich aus mehreren Phasen oder Aggregatzuständen (fest-flüssig, fest-gasförmig oder fest-flüssig-gasförmig), deren Verhältnis oft in einem dreieckigen Dreiphasendiagramm dargestellt wird.

Die wichtigsten Arten von Lockergestein sind − vom Groben zum Feinen

• Bergsturz-Material, Schutthalden
• Schotter, Geröll und Kies
• verschiedene Arten von Moränen und Sackungen
• Sand und Silt (Schluff)
• vulkanische Asche
• Ton (kann teilweise schon stärker kompaktiert sein.)

In manchen Lockergesteinen können wie etwa bei älteren Sand- oder Schotterbänken die Gesteinskörner geringfügig miteinander verkittet sein, so lange dies noch keine die Festigkeit prägende Eigenschaft ist.

Die Bodenklassen des Lockergesteins reichen von 1 bis 5.

Halbfestgestein

  Halbfestgesteine sind Gesteine ab der bautechnischen Bodenklasse 6. Sie liegen zwischen Locker- und Festgestein und sind immer noch in gewisser Weise weich und teils klüftig. Sie haben Druckfestigkeiten unter 80 N/mm² (800 kg/cm²). Zur Sprengung solcher Gesteine wird eine Sprengstoffmenge von etwa 150–200 g/m³ benötigt.

Beispiele für Halbfestgesteine sind mesozoische Schiefertone wie Tonschiefer oder Ölschiefer, Kreide, Kalkmergel, Muschelkalk, manche Gipslagerstätten, Zechsteindolomit und angewitterte Tagesgesteine. Stark verwitterte Marmore oder Dolomite können ebenfalls hierzu gehören.

Festgestein

    Festgesteine sind mechanisch widerstandsfähige Gesteine, deren Struktur und Verformbarkeit der von Festkörpern entspricht. Bei Erhöhung von Druck/Temperatur oder durch Bergwässer werden die Zwischenräume von Lockergesteinen verkleinert und z.B. mit Abscheidungen wie Kalzit und Kieselsäure, Ton und Eisenoxiden aufgefüllt, so dass aus einem lockeren Material wie etwa kalkhaltigem Sand, sandigem Kies, Kalkschlamm oder Ton Festgesteine wie Kalksandstein, Konglomerat, Kalkstein oder Tonschiefer entstehen kann. Dieser Prozess ist als Diagenese in der Gesteinskunde beschrieben und besteht aus Kompaktion (Verpressung) und Zementation (Bindemittelzufuhr).

Die Alltagssprache nennt die Festgesteine „Stein“, „Naturstein“ oder „Fels“. Zu den Festgesteinen zählen die drei Gesteinsarten Magmatite (Erstarrungsgesteine: Plutonite, Vulkanite, Ganggesteine), Metamorphite (Umwandlungsgesteine) und Sedimentite (Ablagerungsgesteine). Sie werden im Bauwesen als Naturwerksteine bezeichnet.

Ist die Druckfestigkeit von Festgesteinen größer als etwa 100 N/mm² (1.000 kg/cm²), übersteigt die entsprechende Bodenklasse den Wert von 6. Die Härte und die Scherfestigkeit dieser Gesteine hängen von der inneren Struktur ab, unter anderem von der Korngröße, Klüftung und Schieferung. Gemessen an der mittleren Druckfestigkeit übersteigt Sandstein mit 200-3.000 kg/cm² teilweise diese Grenze, seltener hingegen Kalkstein und Dolomit (300-1.800), während Granite und Gneise bis etwa 2.500 kg/cm² reichen. Das widerstandsfähigste Gestein, das sich in der oberen Erdkruste findet, ist feinkörniger Basalt (bis über 5.000 kg/cm²).

Literatur und Weblinks

• H. Murawski: Geologisches Wörterbuch. Ferd. Emke Verlag Stuttgart, 11. Auflage 2004, 262 S., ISBN 978-3-827-41445-8
• Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus, Band I, Konstruktionen und Verfahren. Bernhard Maidl, Verlag Glückauf, Essen, 3. Auflage 2004, 422 S., ISBN 978-3-7739-1331-9
• Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus, Band II, , Grundlagen und Zusatzleistungen für Planung und Ausführung. Bernhard Maidl, Verlag Glückauf, Essen, 3. Auflage 2005, 364 S., ISBN 978-3-7739-1332-6
• Bodenphysikalische Grundlagen der Baumaschinentechnik
• Geotechnische Sicherheit, Rutschungsgefährdung