Triaxialversuch in Paderborn: Scherfestigkeit normgerecht bestimmen

Die DIN 4020 verlangt für jede Baumaßnahme in Paderborn eine gesicherte Bestimmung der Scherparameter, sobald der Baugrund mehr als nur oberflächlich beansprucht wird. Gerade hier, wo die Paderquellen den Untergrund durchziehen und mergelige Kalksteine des Turon auf kaum zwei Metern Tiefe anstehen können, reichen Erfahrungswerte aus Tabellen nicht aus. Der Triaxialversuch liefert die belastbaren Kennwerte, die der Statiker für die Standsicherheitsnachweise nach Eurocode 7 tatsächlich braucht. Unser Labor in der Region führt den Versuch wahlweise als konsolidiert-drainierten (CD) oder konsolidiert-undrainierten (CU) Test durch, abgestimmt auf die jeweilige Bauphase und die zu erwartenden Porenwasserdrücke im Paderborner Mergel. Weil die Stadt mit über 150.000 Einwohnern kontinuierlich wächst, entstehen immer wieder Bauvorhaben in Hanglagen oder auf heterogen aufgefüllten Flächen, wo eine abgesicherte Kohäsion und ein realistischer Reibungswinkel wirtschaftliche Reserven in der Bemessung freisetzen können. Ergänzend zur Scherfestigkeit lässt sich mit einer Korngrößenanalyse die Durchlässigkeit des Materials eingrenzen, was bei dränierten Versuchsvarianten die Wahl der Abschergeschwindigkeit steuert.

Ein Triaxialversuch liefert die einzige normativ belastbare Hüllkurve für den Nachweis von Grundbruch und Böschungsstabilität – alle anderen Verfahren bleiben Näherung.

Unsere Leistungsbereiche

Vorgehen und Leistungsumfang

Paderborns Höhenlage pendelt zwischen 100 und knapp 400 Metern, was besonders an den Hängen des Eggegebirges zu spürbaren Verwitterungsprofilen führt. Diese geologische Situation mit ihren verlehmten Kalksteinhorizonten erzeugt Untergrundverhältnisse, bei denen der Triaxialversuch eine belastbare Trennschärfe zwischen Reibungswinkel und scheinbarer Kohäsion bietet. Wir fahren die Versuche auf einem servohydraulischen Triaxialrahmen mit Kraftmessdose im Zelleninneren, sodass Kolbenreibung das Ergebnis nicht verfälscht. Pro Probe setzen wir drei Einzelzylinder an, die unter unterschiedlichen, konstant gehaltenen Seitendrücken abgeschert werden, bis sich die Mohr-Coulomb-Hüllkurve sauber konstruieren lässt. Der Sättigungszustand wird vorab über das B-Wert-Verfahren kontrolliert, und bei CU-Versuchen zeichnen wir den Porenwasserdruck mit, um effektive Spannungspfade auswerten zu können. Für Baugruben in den quartären Talfüllungen der Alme kombinieren wir die gewonnenen Kennwerte mit einer CPT-Sondierung, um die Schichtung lückenlos zu verfolgen und zu prüfen, ob die Laborprobe tatsächlich die maßgebende Schwachschicht repräsentiert.

Triaxialversuch in Paderborn: Scherfestigkeit normgerecht bestimmen — Technische Referenz — Paderborn

Lokaler geotechnischer Kontext

In Paderborn sehen wir oft, dass bei Vorbohrungen im Mergel die Kerngewinnung schlecht gelingt, weil das Material beim Lösen zerbröselt. Wer dann aus den wenigen intakten Bohrkernen einen einzigen Rahmenscherversuch fährt, erhält Kennwerte, die den Untergrund systematisch überschätzen – der Bruch wird entlang einer erzwungenen Fläche erzeugt, nicht entlang der tatsächlich schwächsten Scherfuge. Beim Triaxialversuch bleibt die Probe dagegen frei von dieser Zwangsbedingung; die Bruchfläche stellt sich dort ein, wo die Hauptspannungsdifferenz das Material tatsächlich überfordert. Kritisch wird es zusätzlich, wenn unterhalb der Mergelschicht verkarstete Kalksteine anstehen, denn ein plötzlicher Wassereinbruch in eine nicht entwässerte Baugrube kann die effektiven Spannungen schlagartig reduzieren. Genau dafür braucht es CU-Versuche mit Porenwasserdruckmessung: Sie zeigen, wie viel Scherfestigkeit bei gesättigtem, undräniertem Zustand noch übrig bleibt, und schützen vor einer zu optimistischen Bemessung.

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Maßgebliche Normen

DIN EN ISO 17892-8 (Unconsolidated undrained triaxial test), DIN EN ISO 17892-9 (Consolidated triaxial tests on water-saturated soils), DIN 4020 (Geotechnical investigations for civil engineering purposes), Eurocode 7, DIN EN 1997-2 (Geotechnical investigation and testing)

Typische Werte

Parameter	Typischer Wert
Normative Grundlage	DIN EN ISO 17892-8, 17892-9
Versuchstypen	CD, CU, UU (je nach Fragestellung)
Probendurchmesser Standard	70 mm / 100 mm
Maximale Axiallast	100 kN
Seitendruckregelung	Servohydraulisch, bis 2.000 kPa
Porenwasserdruckmessung	Drucksensor an der Probenbasis
Ergebnisparameter	φ', c', φu, cu, E-Modul (Sekantenmodul)
Probenanzahl je Hüllkurve	Mindestens 3 Einzelproben

Gängige Fragen

Wann brauche ich in Paderborn einen Triaxialversuch und wann reicht ein Rahmenscherversuch?

Der Rahmenscherversuch ist nach DIN EN ISO 17892-10 für einfache Fälle zugelassen, erzwingt aber eine horizontale Bruchfuge. Sobald in Paderborn mergelige oder klüftige Kalksteine anstehen, deren Schwächezonen nicht horizontal verlaufen, liefert der Triaxialversuch die realistischeren Kennwerte. Auch für den Nachweis der Grundbruchsicherheit nach EC 7, bei dem der Spannungszustand im Boden dreidimensional ist, bevorzugen die meisten Prüfstatiker Triaxialergebnisse.

Welche Probemenge wird für einen kompletten Triaxialversuch benötigt?

Für eine Mohr-Coulomb-Hüllkurve brauchen wir mindestens drei baugleiche Zylinderproben mit 100 mm Durchmesser und 200 mm Höhe, entnommen aus demselben Horizont. Bei gestörten Proben stellen wir die Zylinder im Labor durch Einbau in einen Proctorzylinder mit definierter Lagerungsdichte her. Der Transport sollte möglichst erschütterungsfrei erfolgen, damit die Probenstruktur intakt bleibt.

Was kostet ein Triaxialversuch mit drei Versuchssätzen?

Für einen Triaxialversuch mit drei Einzelproben zur Aufstellung der Bruchhüllkurve liegen die Kosten je nach Versuchstyp (CD oder CU) und erforderlichem Sättigungsaufwand zwischen 1.680 € und 2.160 €. Der genaue Betrag hängt davon ab, ob die Proben ungestört ankommen oder im Labor rekonstituiert werden müssen.

Wie lange dauert die Versuchsdurchführung im Labor?

Ein drainierter Triaxialversuch (CD) kann pro Probe mehrere Tage in Anspruch nehmen, weil die Schergeschwindigkeit so niedrig gewählt werden muss, dass der Porenwasserdruck dissipieren kann. Ein CU-Versuch ist schneller, liegt aber immer noch bei einem bis zwei Tagen pro Probe. Inklusive Probenvorbereitung, Sättigung, Konsolidierung und Berichtslegung sollten Sie ab Probeneingang mit etwa zwei bis drei Wochen rechnen.

Standort und Servicegebiet

Wir betreuen Projekte in Paderborn und Umgebung.

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