Geologische Detailuntersuchung einer ausgewählten Hangrutschung im Katzenlochbachtal südwestlich von Bonn mit Hilfe engmaschiger Sondierbohrungen
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Jörg Wienhöwer
- Abgabedatum: November 1996
- Umfang: 155 Seiten
- Dateigröße: 9,1 MB
- Institution / Hochschule: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-1345-3
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-1345-3 P - ISBN (CD) :978-3-8324-1345-3 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Wienhöwer, Jörg November 1996: Geologische Detailuntersuchung einer ausgewählten Hangrutschung im Katzenlochbachtal südwestlich von Bonn mit Hilfe engmaschiger Sondierbohrungen, Hamburg: Diplomica Verlag
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Diplomarbeit von Jörg Wienhöwer
Zusammenfassung:
In den letzten Jahren wurde durch mehrere Arbeiten gezeigt, daß der Bonner Raum in weit größerem Maße als bisher angenommen von Hangrutschungen überformt wurde. Durch geomorphologische Detailkartierungen in unbebauten Gebieten - und hier besonders unter Wald - konnten bisher unbekannte Rutschungen neu bestimmt und beschrieben werden. Hierbei handelt es sich zu einem großen Teil um quasinatürliche Hangrutschungen rezenten bis prähistorischen Alters.
Bisher konzentrierte sich die Erforschung gravitativer Massenbewegungen in Deutschland zum einen auf die Schichtstufenlandschaften des Leine-Weser-Berglandes sowie Nordwest-Thüringens. Hier erwies sich insbesondere die Grenze Rötton/Muschelkalk als rutschanfällig.
HÖLDER, EINSELE, DIETER und JÄGER & DI-KAU untersuchten hingegen Massenbewegungen an den Schichtstufenhängen Südwestdeutschlands. Als besonders wichtige Rutschhorizonte sind hier der württembergische Knollenmergel des Mittleren Keupers sowie der Opalinuston und der Ornatenton des jurassischen Doggers zu nennen.
Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt liegt im Bereich der tertiären Ablagerungen rund um das Mainzer Becken. Als rutschungsfördernd sind dort verschiedene tertiäre Tonschichten sowie quellfähige, tonige Mergel (z.B. der Cyrenenmergel) beschrieben.
Das Rheinische Schiefergebirge stellt sicherlich nicht das klassische Untersuchungsgebiet für Massenbewegungen dar. Dennoch sind in der Literatur etliche Beispiele für Rutschungen oder Stürze zu finden. Diesen liegen mehrere, vergleichsweise vielfältige rutschanfällige Schichten zugrunde. So bieten sich als potentielle Gleitflächen tonige Zwischenlagen innerhalb des tiefgründig verwitterten Grundgebirges, tertiäre Tone oder die Grenze Basalt(-tuff) bzw. Trachyt-(-tuff)/Schiefergebirge an.
Für den Bonner Raum waren bisher nur wenige Hangrutschungen oder Stürze bekannt. Sie ereigneten sich fast ausnahmslos in oder in der Nähe von Siedlungen und sind typologisch als anthropogen (mit-)verursachte, aktive bis latente Rutschungen rezenten Alters einzustufen. Wegen des in der Regel hohen finanziellen Schadens bzw. der zu erwartenden Schäden wurden sie verhältnismäßig aufwendig untersucht. Hierbei konnten teilweise ältere, fossile Rutschmassen nachgewiesen werden.
Dieser relativ hohen Datenmenge über Rutschungen im Bonner Siedlungsraum steht immer noch ein ausgesprochenes Forschungsdefizit bezüglich der neu kartierten, überwiegend quasinatürlichen Rutschungen gegenüber. Obwohl geomorphologische Detailuntersuchungen, bodenkundliche Aufnahmen sowie vereinzelte Sondierbohrungen durchgeführt wurden, konnten über die genaue Ursache, die Dynamik, die Größe und das Alter dieser Rutschungen allenfalls Vermutungen angestellt werden, da insbesondere die Sondierbohrungen nicht die erforderliche Dichte bzw. Tiefe aufwiesen und die anderen Methoden bei älteren und tieferen Rutschungen nur mit Einschränkungen anwendbar sind.
Aus der oben aufgezeigten Problematik ergab sich die Zielsetzung, mittels engmaschiger Sondierbohrungen den geologischen Aufbau einer dieser quasinatürlichen Hangrutschungen möglichst detailliert zu erfassen. Zusätzlich sollten die Dichte der Bohrungen sowie das Einbeziehen des ungestörten Hanges das bei Baugrundgutachten und wissenschaftlichen Arbeiten übliche Maß deutlich übertreffen, um zu überprüfen, inwieweit dieser Mehraufwand mit einem lohnenden Informationsgewinn verknüpft ist.
Die Rutschung sollte einen für das Untersuchungsgebiet möglichst modellhaften Charakter besitzen, um sie mit den anderen, eventuell schlechter ausgeprägten Rutschungen vergleichen zu können. Sie mußte daher im wesentlichen die Kriterien einer idealtypischen Rutschung nach KLENGEL & PASEK 1974 erfüllen, d.h. eine gut erkennbare Abrißkante, Rotationsschollen sowie Bewegungs- und Akkumulationsgebiete aufweisen. Des weiteren wurde eine ausreichende Länge und Tiefe verlangt.
Die Wahl fiel auf die sogenannte Rutschung KA22 im mittleren Katzenlochbachtal südwestlich von Bonn. Typologisch war sie als eine inaktive, quasinatürliche, historische bis prähistorische Kombinationsrutschung beschrieben worden.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Einführung und Problemstellung | 1 |
| 2. | Rutschungen als Form der gravitativen Massenbewegung | 4 |
| 2.1 | Terminologie und Klassifikation von Massenbewegungen | 4 |
| 2.2 | Allgemeine Morphologie der Hangbewegungen | 6 |
| 2.3 | Die zeitliche Einordnung der Rutschungen | 9 |
| 2.4 | Ursächliche und auslösende Faktoren von Hangrutschungen | 10 |
| 2.4.1 | Externe Ursachen | 11 |
| 2.4.1.1 | Die absolute Höhenlage | 11 |
| 2.4.1.2 | Die Höhenlage über der lokalen Erosionsbasis | 11 |
| 2.4.1.3 | Die Hangmorphologie | 12 |
| 2.4.1.4 | Die Exposition | 12 |
| 2.4.1.5 | Die Vegetation | 13 |
| 2.4.1.6 | Tektonik und Erdbeben | 13 |
| 2.4.1.7 | Anthropogene Überformung | 14 |
| 2.4.2 | Interne Ursachen | 15 |
| 2.4.2.1 | Die geologischen Voraussetzungen | 15 |
| 2.4.2.2 | Physikalische und chemische Ursachen | 17 |
| 2.4.2.2.1 | Der Verlust der Kohäsion | 17 |
| 2.4.2.2.2 | Der progressive Bruch | 17 |
| 2.4.2.2.3 | Ionenaustausch | 18 |
| 2.4.2.2.4 | Elektroosmose | 18 |
| 2.4.2.3 | Die Wirkung des Wassers | 19 |
| 2.4.2.3.1 | Innere Erosion | 19 |
| 2.4.2.3.2 | Gewichtsänderung durch Wasseraufnahme | 19 |
| 2.4.2.3.3 | Die Wirkung des Porenwasserdrucks | 20 |
| 2.4.2.3.4 | Die Bedeutung des dynamischen Strömungsdrucks | 21 |
| 2.4.2.3.5 | Der Kluftwasserdruck | 21 |
| 2.4.2.3.6 | Die Wirkung des Oberflächenwassers | 22 |
| 2.4.3 | Auslösende Faktoren | 22 |
| 3. | Methodik | 23 |
| 3.1 | Feldmethoden | 23 |
| 3.1.1 | Die Sondierbohrungen | 23 |
| 3.1.2 | Bodenansprache und -probennahme | 28 |
| 3.1.3 | Räumliche Verteilung der Bohrungen | 30 |
| 3.1.4 | Anordnung der Schürfe und Gruben | 30 |
| 3.1.5 | Geodätische Vermessung | 30 |
| 3.2 | Laboruntersuchungen | 31 |
| 4. | Vorstellung des Untersuchungsgebietes | 32 |
| 4.1 | Physisch-geographische Grundlagen des Bonner Raums | 32 |
| 4.1.1 | Naturräumliche Einordnung | 32 |
| 4.1.2 | Geologische und geomorphologische Entwicklung | 33 |
| 4.1.2.1 | Das Devon | 33 |
| 4.1.2.2 | Das Tertiär | 35 |
| 4.1.2.3 | Das Quartär | 36 |
| 4.1.2.3.1 | Die Hauptterrassen | 37 |
| 4.1.2.3.2 | Die Mittelterrassen | 38 |
| 4.1.2.3.3 | Die Niederterrassen und das Holozän | 40 |
| 4.1.3 | Die aktuellen klimatischen Verhältnisse des Bonner Raums | 40 |
| 4.1.4 | Die anthropogene Überformung der Vegetation im Bonner Raum | 41 |
| 4.2 | Das Katzenlochbachtal | 42 |
| 4.3 | Der Westhang des mittleren Katzenlochbachtals | 44 |
| 4.4 | Die Rutschung KA22 | 45 |
| 5. | Darstellung und Interpretation der Geländeergebnisse | 53 |
| 5.1 | Das geologische Längsprofil LP1* durch die Hauptrutschung | 55 |
| 5.1.1 | Oberhangbereich | 56 |
| 5.1.2 | Mittelhangbereich | 57 |
| 5.1.3 | Unterhangbereich | 58 |
| 5.2 | Das geologische Längsprofil LP2* durch die Nebenrutschung | 59 |
| 5.2.1 | Oberhangbereich | 59 |
| 5.2.2 | Mittelhangbereich | 59 |
| 5.2.3 | Unterhangbereich | 62 |
| 5.3 | Das geologische Längsprofil LP3* durch den ungestörten Hang | 63 |
| 5.4 | Das Querprofil QP1* oberhalb der Abrißkante | 65 |
| 5.5 | Das Querprofil QP2* unterhalb der Abrißkante | 69 |
| 5.6 | Das Querprofil OP3* durch das Abrißgebiet | 70 |
| 5.7 | Das Querprofil QP4* durch das Translationsgebiet | 72 |
| 5.8 | Das Querprofil QP5* durch das erste Akkumulationsgebiet | 74 |
| 5.9 | Das Querprofil QP6* durch die Nebenrutschung und das Endeder oberen Hauptrutschung | 77 |
| 5.10 | Das Querprofil QP7* durch die Verebnungen im Mittelhang | 78 |
| 5.11 | Das Querprofil QP8* durch den oberen Teil des zweiten Akkumulationsgebietes | 80 |
| 5.12 | Das Querprofil QP9* durch den unteren Teil des zweiten Akkumulationsgebietes | 82 |
| 5.13 | Das Querprofil QP10* durch das Ende der unteren Hauptrutschung | 84 |
| 5.14 | Das Querprofil QP11* durch die Uferböschung | 85 |
| 6. | Darstellung und Interpretation der Laboruntersuchungen | 87 |
| 6.1 | Diskussion der Analysendiagramme | 90 |
| 6.1.1 | Das Analysendiagramm von B4 | 90 |
| 6.1.2 | Das Analysendiagramm von B5 | 93 |
| 6.1.3 | Das Analysendiagramm von B6 | 95 |
| 6.1.4 | Das Analysendiagramm von B10 | 97 |
| 6.1.5 | Das Analysendiagramm von B13 | 103 |
| 6.1.6 | Das Analysendiagramm von B15 | 104 |
| 6.1.7 | Das Analysendiagramm von B21 | 106 |
| 6.1.8 | Die Analysenergebnisse von B24 | 108 |
| 6.1.9 | Das Analysendiagramm von B43 | 110 |
| 6.1.10 | Das Analysendiagramm von B44 | 114 |
| 6.1.11 | Das Analysendiagramm von B66 | 116 |
| 6.1.12 | Das Analysendiagramm von B75 | 119 |
| 6.1.13 | Das Analysendiagramm von B77 | 120 |
| 6.2 | Darstellung und Interpretation der Plastizitätsversuche | 123 |
| 6.2.1 | Das Plastizitätsdiagramm | 126 |
| 6.2.2 | Die Aktivitätszahlen IA* der untersuchten Proben | 127 |
| 6.2.3 | Die Bedeutung der Analysenergebnisse für die Hangstabilität | 128 |
| 7. | Zusammenfassung und Ausblick | 129 |
| 8. | Literatur | 132 |
| 9. | Zitierte Normen | 141 |
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