K. Czurda
Standsicherheit von Böschungen: mikrotexturelle und petrologische Faktoren

GPM 8, p. 289–316

Zusammenfassung:
An tertiären klastischen Sedimentserien in N-Ungarn, die von Straßen- und Hochbaumaßnahmen betroffen wurden, sind petrologische, mikrotexturelle und bodenphysikalische Untersuchungen angestellt worden. Die Schadensereignisse (Rotationsgleitungen), die zu vorliegender Studie geführt haben, sind an zwei Lokalitäten aufgetreten:
Gödöllö (34 km NE Budapest, Cegléd-Hügelland):
Die Rotationsgleitungen an Straßeneinschnitten an der Autobahnbaustelle in der Nähe von Gödöllö, nordöstlich von Budapest, erfolgten in tertiären, vorwiegend tonigen Sedimentabfolgen.
Drei Tontypen wurden petrologisch und bezüglich bestimmter bodenphysikalischer Eigenschaften untersucht:
Ein schwarzer Ton, der bis zu 70% aus Montmorillonit besteht, ein gelber mit durchschnittlich 55% Quarzgehalt und geringem Montmorillonitanteil und ein roter Ton mit fast. 50% Montmorillonit und fast 30% Quarz. Als besonders rutschungsfreudig wegen der hohen Plastizität und der hohen Scherwinkel, verbunden mit relativ geringer Kohäsion, erwiesen sich der schwarze und der rote Ton; beide sind durch hohe Montmorillonitgehalte ausgezeichnet. Die Sicherheitsfaktoren liegen, besonders unter der Voraussetzung eines Erdruhedrucks K0 = 0,5, im System (tanφ/c) für den schwarzen Ton überwiegend unter 0, so daß hierfür ein labiles Gleichgewicht jedenfalls offensichtlich wird. Die etwas höheren Werte für den Sicherheitsfaktor des roten Tons gehen auch konform mit der Standfestigkeit der betreffenden Böschung, die noch keinerlei Bewegungsabläufe erkennen läßt. Die Gleichgewicht haltende Beteiligung des "standsicheren" gelben Tons wird in den Gleitflächen durch die Überlagerung mit schwarzem Montmorillonit-Ton unwirksam gemacht.
Salgótarján (125 km NE Budapest, Cserhát-Gebirge):
Die Stadt Salgótarján liegt in einem sanften Taleinschnitt innerhalb einer tertiären Hügellandschaft des Cserhát-Gebirges. Am Pecskö-Hügel, dessen sandig-schluffig-tonige Schichten flach in Richtung des Tals einfallen, wurden Wohnhochhäuser, Schulen etc. errichtet. Dies brachte größere Erdbewegungen, die Errichtung zweier Rückhaltemauern und das Aufbringen großer ständiger Lasten mit sich. Eine kombinierte Rotations-Lamellen-Gleitung mit empfindlichen bautechnischen und finanziellen Konsequenzen war die Folge.
Drei Toneinheiten können unterschieden werden: grauer mariner Ton, unterer und oberer bunter Ton. Die beiden bunten Toneinheiten haben sich als limnisch erwiesen. Der Nachweis, ob limnisch oder marin, war bedeutungsvoll: eine Mikrotextur (Einordnung der plättchenförmigen Tonminerale in eine bevorzugte Richtung) konnte bei den bunten Tonen mittels Scanningaufnahmen beobachtet und auch röntgendiffraktometrisch nachgewiesen werden. Der paläontologische Befund, das Kationenspektrum, das Gefüge und schließlich das physikalische Verhalten wiesen die beiden oberen Toneinheiten (oberer und unterer bunter Ton) als Süßwasserablagerung aus. Gegenteilige Phänomene im grauen Ton bestätigen dessen marines Sedimentationsmilieu.
Vor allem die Scherparameter (Triaxial- und Rahmenscherversuch) und über diese Werte die Sicherheitsfaktoren, deckten charakteristische Unterschiede auf: beim marinen Ton sind – gleichgültig der Richtung der Hauptspannung – keine Unterschiede bezüglich Scherwinkel und Kohäsion festzustellen. Die Scherwinkel für die limnischen Tone bei Richtung der Normalspannung senkrecht ss sind kleiner als die der marinen Tone, aber deutlich größer als jene, die aus der Normalspannungsrichtung parallel ss resultieren.
Im Zugspannungsverhalten zeichnet sich für beide Tontypen folgender Trend ab: die Reißfestigkeit steigt zunächst proportional mit der Wassergehaltserhöhung an und wird dann rasch wieder geringer bei weiterer Wasserzugabe zur aufbereiteten Probe. Trends an ungestörten Proben sind nicht ausreichend nachgewiesen.
Während im Fall der Rotationsgleitungen von Gödöllö vor allem die unterschiedliche petrologische Zusammensetzung der Tontypen – und hier insbesondere der Quarz- und Montmorillonitgehalt – für die differenzierten bodenphysikalischen Eigenschaften verantwortlich sind, kann dieser Aspekt im Fall der Tone von Salgótarján eher vernachlässigt werden. Zwar treten immerhin beachtliche Unterschiede im Quarzgehalt auf, doch ist der Montmorillonitgehalt in allen drei Tontypen relativ gering. Jedenfalls ist das Gefüge von ausschlaggebendem Einfluß.

Abstract:
Petrological, microtextural and soilphysical studies were performed on tertiary clastic sedimentseries of northern Hungary.
They were object of different underground and surface engineering activities. Rotational landslides, which led to the study under discussion, have occurred at two localities:
Gödöllö (34 km NE Budapest, Cegléd-hills)
Several rotational slides at road cuts of the motorway construction site near Gödöllö, have occurred within tertiary, mainly clayey sedimentseries. Three types of clay were studied petrologically and with respect to certain soilphysical parameters:
A black clay, consisting up to 70% of montmorillonite, a yellow one containing 55% quartz on average and only little montmorillonite and a red one with up to 50% montmorillonite and almost 30% quartz. Because of its high plasticity and comparatively low cohesion but nevertheless high friction angles, the black and red clay proved to be especially capable of sliding. Both clay types were characterized by high montmorillonite contents. The factors of safety for the black clay are 0 or below 0, especially in the case of a supposed static earth pressure K= 0,5 within the system (tanφ/c). The unstable equilibrium becomes apparent. The slightly higher values for the factor of safety for the red clay are in accordance with the stability of the slope in question, which up to now does not show any movement. The participation of the equilibrium retaining "stable" yellow clay becomes ineffective at the slip planes because of the superposition by the black montmorillonite-clay.
Salgòtarján (125 km NE Budapest, Csérhat-mountains)
Within the tertiary hills of the Csérhat-mountains, the city of Salgòtarján is located at the bottom and the slopes of a gentle basin-shaped valley. At hill Pecskö slightly towards the valley dipping clay-silt-sand strata of the Miocene were cut by different construction activities and rotational sliding resulted. Severe damage on buildings, roads and retaining walls made the movement obvious. Three clay units can be distinguished: a grey marine clay and the lower and upper coloured freshwater clays. To prove the marine resp. the freshwater character was of importance: a microtexture (preferred orientation of the clay flakes) could be proved by scanning photographs and x-ray diffractometry.
Paleontological features, interlattice cation concentration, fabric and finally soilphysical behaviour showed the both upper clay units (lower and upper coloured clay) to be of freshwater origin. Contrary phenomenons of the grey clay proved its marine depositional environment.
Particularly the shear-strength parameters (triaxial-and direct shear-test) and therefore the factors of safety as well reveal characteristic differences: with the marine clay – unconcerned about the direction of principal stresses – no differences in cohesion and friction angles could be detected. The friction angles of the limnic clay units – obtained with direction of normal stress vertical bedding planes - proved to be lower than those of the grey marine clay, but distinctly higher than those obtained from stress-directions parallel bedding planes.
A distinct trend in both clay types becomes obvious with the tensile-strength behaviour of remoulded samples: with an increase in water content the tensile strength rises as well, until a critical amount of water content is reached and the tensile-strength decreases again.
Whereas the rotational slides at Gödöllö were caused by different petrological features of the clay types - especially the quartz and montmorillonite-content - the landslide at Salgótarján occurred primarely due to microtextural arrangements of the clay flakes. The mineralogical composition seems to be of minor influence.


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