Diplomarbeit "Tonquellen"

Quellfähigkeit von Ton und Tonstein - Studie über die Untersuchungsmöglichkeiten anhand von Labor- und Feldversuchen 

Dipl.-Ing. Marcus Furche

Nördlich des Teutoburger Waldes wird als Gründungsträger vielfach mehr oder weniger verwitterter Schieferton, Tonstein oder Tonmergelstein der Kreide, des Jura oder der Trias angetroffen. Gründungen in diesem Baugrund zeigen mehrfach, insbesondere im Norden Bielefelds und im Raum Herford, Schäden infolge von Hebungen bzw. Aufwölbungen von Bauwerkssohlen. Die Sanierungsmaßnahmen sind in der Regel sehr aufwendig. Die genannten Schäden werden überwiegend auf ein "Quellen" des Tons zurückgeführt.
Den Quellvorgängen kann i.w. durch 3 Verfahren begegnet werden - konzentrierte Lasteinleitung (Widerstandsprinzip), Schaffung von Hohlräumen (Ausweichprinzip), Versiegelungsmaßnahmen (Vorbeugungsprinzip). Um die Wirksamkeit dieser Maßnahmen beurteilen zu können, müssen quantifizierbare Erfahrungen gesammelt werden.

Es wurden Quellhebungsversuche, Quelldruckversuche und Quellversuche nach HUDER/AMBERG mit Proben des regional anstehenden Tonsteins durchgeführt. Dabei wurde auch die Wirkung einer Versiegelung mit einer Mörtelschicht untersucht. Die Ergebnisse der Laborversuchen können wie folgt zusammengefasst werden:
· Die Quelldehnungen und -drücke schaukeln sich im Zuge wiederholter Durchfeuchtungs- Trocknungswechsel auf.
· Als Wirkung der Versiegelung mit einer Mörtelschicht zeigt sich neben dem unbestreitbaren Verwitterungsschutz zunächst eine Reduzierung der Quelldrücke. Die Quelldrücke nehmen aber offensichtlich im Laufe der Zeit zu, wenn zwischenzeitlich Luftzutritt und Austrocknung möglich ist.

Während im üblichen Quellhebungsversuch bei dauerhaftem Wassereinstau der Quellverlauf durch einen raschen Anstieg bei Bewässerung und einen anschließenden Übergang zu weitgehend konstant bleibenden Quellhebungen gekennzeichnet ist, konnte mit der modifizierten Versuchsdurchführung bei wiederholten Durchfeuchtungs-Trocknungswechseln die Beobachtung am Bauwerk mit über Jahren stetig und im Mittel gleichmäßig ansteigenden Quellhebungen bzw. -drücken erstmals im Labor nachvollzogen werden.
Die Ergebnisse der Laborversuche zeigen, dass ein fortdauerndes Quellen offensichtlich nur unter sich abwechselnden Durchfeuchtungs- und Trocknungsphasen mit Luftkontakt auftritt.