Reibungsverhältnis Drucksondierung (Rf): Was es verrät
Das Reibungsverhältnis Rf ist das Verhältnis zwischen der lokalen Mantelreibung fs und dem Spitzenwiderstand qc, ausgedrückt in Prozent. Nach qc ist es der wichtigste Parameter, um aus einer Drucksondierung (CPT) die Bodenart abzuleiten. Ein niedriges Reibungsverhältnis deutet grob auf sandige Schichten hin, ein hohes auf bindige oder organische Schichten. In diesem Artikel erfahren Sie, wie das Reibungsverhältnis einer Sondierung zustande kommt, wie Sie es interpretieren und wo Sie es in einer GEF-Datei finden.
Reibungsverhältnis bei der Drucksondierung: So wird Rf bestimmt
Während einer Sondierung misst die Spitze zwei Größen: den Spitzenwiderstand qc an der Spitze und die lokale Mantelreibung fs entlang der Reibungshülse unmittelbar über der Spitze. Daraus ergibt sich das Reibungsverhältnis:
Rf = fs / qc × 100 %
Da beide Werte in MPa vorliegen, kürzt sich die Einheit heraus, und es bleibt ein Prozentwert übrig. Das Reibungsverhältnis ist also keine eigene Messung, sondern eine abgeleitete Größe. Im Sondierdiagramm wird es meist als dritte Kurve neben qc und fs dargestellt, aufgetragen über der Sondierlänge oder der Tiefe bezogen auf NAP (Normaal Amsterdams Peil, der niederländische Höhenbezug). Wenn Sie zunächst die Grundlagen auffrischen möchten, lesen Sie was eine Sondierung ist.
Was sagen hohe und niedrige Rf-Werte aus?
Im Sand ist die Reibung an der Hülse im Verhältnis zum hohen Spitzenwiderstand gering, daher ist Rf niedrig. Im Ton ist qc niedrig, während die Hülse relativ viel Reibung erfährt, daher ist Rf höher. In Torf ist qc sehr niedrig und Rf oft am höchsten. Das Muster im Überblick:
| Bodenart | qc | Rf |
|---|---|---|
| Sand | Hoch | Niedrig |
| Ton | Niedrig bis mäßig | Höher |
| Torf | Sehr niedrig | Hoch |
Dies ist ein Anhaltswert. Ein schluffiger Sand oder ein sandiger Ton liegt zwischen diesen Extremen, und derselbe Rf-Wert kann zu verschiedenen Bodenarten gehören. Eine Sondierung ersetzt daher keine Bohrung mit Probenansprache.
Rf und qc zusammen: die Robertson-Klassifikation
Erst in Kombination mit qc wird das Reibungsverhältnis wirklich aussagekräftig. Die Robertson-Klassifikation trägt beide Größen in einem Diagramm auf und ordnet die Messpunkte Zonen mit ähnlichem Bodenverhalten zu. Wie das funktioniert, lesen Sie in Bodenarten erkennen mit der Robertson-Klassifikation. Für eine Robertson-Einstufung benötigen Sie also neben qc auch Rf (oder fs, um Rf zu berechnen). Fehlt die Reibung in einer Datei, bleibt nur eine Einstufung allein auf Basis von qc.
Worauf ist bei der Interpretation von Rf zu achten?
- Niedriges qc, sprunghaftes Rf. Sie teilen durch qc. Bei sehr niedrigem Spitzenwiderstand führt schon eine kleine Messungenauigkeit bei fs zu großen Ausreißern bei Rf.
- Dünne Schichten. Die Reibungshülse sitzt oberhalb der Spitze, sodass fs zu einem etwas anderen Tiefenbereich gehört als qc. Bei dünnen Sand- oder Tonschichten ist Rf daher weniger zuverlässig.
- Übergänge. Am Rand eines Schichtwechsels kann Rf einen Wert zeigen, der in keiner der beiden Schichten vorkommt.
- Fehlende oder abgeschnittene Daten. Prüfen Sie, ob fs über die gesamte Sondierlänge aufgezeichnet wurde und ob in der Spalte keine Werte fehlen.
Nutzen Sie Rf daher als Trend über mehrere Messpunkte und nicht als Einzelwert in einer bestimmten Tiefe.
Reibungsverhältnis in einer GEF-Datei finden
In einer GEF-Datei sind die gemessenen Spalten in den #COLUMNINFO-Zeilen beschrieben. Dort sehen Sie, welche Spalte Sondierlänge, Spitzenwiderstand, lokale Mantelreibung oder Reibungsverhältnis ist und in welcher Einheit sie vorliegt. Nicht jede Datei enthält alle Spalten: Manche haben nur qc und fs, andere zusätzlich Rf und Porenwasserdruck u2. Den Aufbau dieser Header erklärt die GEF-Datei im Überblick.
Im CPT Converter öffnen Sie eine GEF-Datei direkt im Browser und sehen das Diagramm mit einem indikativen Bodenprofil (Robertson oder nur auf Basis von qc). Das ist praktisch, um schnell zu prüfen, ob die Spalten Ihren Erwartungen entsprechen. Möchten Sie die Werte in einer Tabellenkalkulation weiterverwenden, beschreibt GEF öffnen und in Excel, CSV oder AGS4 konvertieren die Möglichkeiten.
Reibungsverhältnis bei alten Sondierungen auf Papier
Auf einer Papiersondierung stehen qc, fs und Rf als separate Kurven nebeneinander. Wenn Sie eine solche Sondierung digitalisieren, prüfen Sie anschließend, welche Spalten in der entstandenen Datei enthalten sind und ob sie mit dem Original übereinstimmen. Wie Sie vom Scan zur Datei kommen, steht in alte Sondierung in GEF digitalisieren. Zur Frage, ob eine alte Sondierung bei einem Umbau noch brauchbar ist, lesen Sie alte Sondierungen weiterverwenden.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das Reibungsverhältnis bei einer Sondierung?
Das Reibungsverhältnis Rf ist die lokale Mantelreibung fs geteilt durch den Spitzenwiderstand qc, mal 100 %. Es gibt einen Anhaltspunkt für die Bodenart.
Bedeutet ein hohes Reibungsverhältnis immer Ton?
Nein. Ein hohes Rf deutet auf bindigen oder organischen Boden hin, aber auch Messungenauigkeiten bei niedrigem qc und Schichtübergänge können hohe Werte erzeugen. Beurteilen Sie Rf daher immer zusammen mit qc und dem Verlauf über die Tiefe.
Brauche ich Rf für eine Pfahlberechnung?
Die Pfahlberechnung stützt sich vor allem auf qc, wie in Spitzenwiderstand qc und Pfahlberechnung beschrieben. Rf hilft vor allem dabei, die Bodenschichten zu erkennen und das Profil zu untermauern.
Kann ich Rf selbst berechnen, wenn es in meiner GEF-Datei fehlt?
Wenn fs und qc in der Datei in derselben Einheit vorliegen, können Sie Rf mit der obigen Formel berechnen. Exportieren Sie die Datei gegebenenfalls nach Excel oder CSV und berechnen Sie die Spalte dort.