Erfahrungen zur Festigkeitsbestimmung von Mergelgesteinen mit dem Nadelpenetrometer

Abstract

Die zutreffende Beurteilung der einaxialen Druckfestigkeit stellt eine der Kernaufgaben der Geotechnik im Kontext der Planung und Ausführung von Tief-, Tunnel- und Spezialtiefbauarbeiten dar. Für viele geringfeste und veränderlich feste Gesteine, z. B. Tonsteine, Mergelsteine, Tuffe, oder stärker verwitterte Gesteine ist allerdings die Probengewinnung, der Erhalt des natürlichen Wassergehalts, die Probenpräparation und schließlich die Prüfung mit herkömmlichen Laborversuchsverfahren wie dem einaxialen Druckversuch herausfordernd, wenn nicht gar unmöglich. Bereits 1980 wurde in Japan das Nadelpenetrometer als feldtaugliches Prüfverfahren zur Abschätzung der einaxialen Druckfestigkeit derartiger Gesteine entwickelt. Obwohl das Verfahren in einer 2014 veröffentlichten ISRM Suggested Method verankert ist, ist der Einsatz des Nadelpenetrometers und der damit ermittelte Nadelpenetrometerindex (NPI) in Deutschland und Mitteleuropa im Fels eher unüblich. Dass das Verfahren sinnvoll und gewinnbringend einsetzbar ist, soll anhand umfangreicher Messdaten erläutert werden, die bei der Begleitung eines anspruchsvollen Spezialtiefbauprojekts in verschiedenen Mergelgesteinen der Münsterländer Kreidebucht erhoben wurden. Ausgehend von diesen Erfahrungen stellt der Beitrag eine Analyse des potenziellen Anwendungsbereichs vor und diskutiert die Ableitung von Schätzwerten der einaxialen Druckfestigkeit.

Experiences with the application of the needle penetrometer test in marlstone

The correct assessment of Unconfined Compressive Strength represents one of the core tasks in the context of the planning and execution of civil engineering, tunneling and geotechnical engineering works. However, in weak and non-durable rock types, sampling, preservation of the natural water content, sample preparation and finally testing with standard laboratory testing methods, such as the Uniaxial Compressive Strength test, is challenging, if not impossible. As early as 1980, the needle penetrometer was developed in Japan as a field test method for estimating the Unconfined Compressive Strength of such rocks. Although the procedure is presented in an ISRM Suggested Method published in 2014, the use of the needle penetrometer and the needle penetrometer index (NPI) is rather unusual in Germany and Central Europe. The paper resumes the results of a large number of tests carried out in the course the geotechnical investigation of pile drilling works in marlstones of the Upper Cretaceous in the vicinity of Münster/Germany. Based on this experience, the article presents an analysis of the potential area of application and comments on the correlation of testing results and Unconfined Compressive Strength.