open-end-test zur Bestimmung der Bodendurchlässigkeit (k_f-Wert)

Felduntersuchung – Überblick

Die Geländeuntersuchungen zur Versickerung erfolgen i.d.R. mittels Schlitzsondierung und einem Versickerungsversuch. Dieser erfolgt als in-Situ-Versickerungsversuch in Oberflächennähe bis ca. 0,6 m Tiefe z.B. für eine geplante Muldenversickerung oder mit einem open-end-test in größerer Tiefe, wie er auch für eine Rigole erforderlich ist (Basis einer Rigole i.d.R. ca. 1,0 bis 1,4 m unter Gelände).

Einen zu Testzwecken oberfächennah durchgeführten Langzeit-open-end-test über 8 Tage mit Bildern, ausführlicher Versuchsbeschreibung, Messwerten und Diagramm-Auswertung sehen Sie auf dieser Seite.

Hier wird der reguläre open-end-test näher behandelt, von der Boden-Voruntersuchung, mit Versuchsaufbau, Versuchsdurchführung bis zur Auswertung und Bewertung des k_f-Wertes.

Die Untersuchungspunkte werden lagebezogen vermessen. Dazu dient als Grundlage ein Lageplan (i.d.R. 1:500 oder 1:1.000) sowie vorhandene Bezugspunkte wie Gebäude oder Grundstücksgrenzen.

Aus den Feldmessungen des Versickerungsversuches wird der k_f-Wert berechnet. Im Ergebnis dient er als wichtigste Grundlage für die hydraulische Bemessung der Versickerungsanlage nach DWA-A 138.

Sondierungen, Bodenprofil

Eine erste Sondierung dient zur Überprüfung des Bodenaufbaus und zur Festlegung der Tiefe für den Versickerungsversuch bzw. open-end-test sowie zur Überprüfung des evtl. vorhandenen Grundwasserspiegels, bzw. ob überhaupt ein Grundwassereinfluss besteht.

Die Sondierung wird mit einer Schlitz-Sondierstange (D = 25 mm) i.d.R. bis 3,0 m u. GOK durchgeführt und das Schichtenprofil aufgenommen sowie die Bodenschichten geologisch beschrieben und eingestuft. Dabei wird auch besonders auf den Wassergehalt als Hinweis für Schicht- oder Grundwasser geachtet. Mit dem „Klopftest“ an der geschlitzten Sondierstange kann austretendes Porenwasser sofort festgestellt werden. Ggf. kann dann auch der Wasserstand im Sondierloch mit einem Lichtlot gemessen werden.

Je nach Befund der Schichten wird die Tiefe festgelegt, in der der open-end-test erfolgen soll und in der später auch die Versickerung der Rigole erfolgt. In ca. 1 m Entfernung wird dazu die 2. Sondierung bis zu dieser Schicht bzw. bis zur festgelegten Tiefe durchgeführt.

open-end-test (Auffüllversuch)

Versuchsaufbau

Bei einem instationären Auffüllversuch handelt es sich um die Messung des nach dem Befüllen absinkenden Wasserspiegels, d.h. die Druckhöhe nimmt ab. Festgehalten wird als „Messung“ die Zeit und die eingefüllte Wassermenge, jeweils bis zur Rohroberkante. Daraus wird die Druckhöhe (Wasserstand h_t) berechnet. Im Gegensatz dazu wird beim stationären Auffüllversuch durch ständige Wasserzugabe die Druckhöhe konstant gehalten.

Die Versuchsanordnung und der Versuchsaufbau für den open-end-test ist für instationäre Verhältnisse in der Abbildung dargestellt (hier: Rohrlänge H = 2,0 m, Innendurchmesser 2r = 22 mm, Einbautiefe nach Sondierergebnis). Das Messrohr wird in der dafür angelegten Sondierung bis zur Basis eingebaut. Der Einbau und die Messung erfolgt i.d.R. in der ungesättigten Bodenzone.

Auf dem Foto ist das Versickerungsrohr bis 1,50 m u. GOK eingebaut.

Versuchsdurchführung open-end-test

Für den open-end-test muss das eingebaute Messrohr eng in das Sondierloch passen und darf keine Umläufigkeiten aufweisen. Dies würde durch Wasseraustritt an der Oberfläche zu erkennen sein. Das Messrohr wird bis an den Grund eingeführt und nur etwas in die Basis gedrückt, damit ein Bodenanschluss erfolgt.

Alle eingefüllten Wassermengen werden mit einem Messgefäß mit ml-Teilung gemessen und die zugehörige Zeit festgehalten. Nach der ersten Befüllung bis zum Rand können die ersten Wassermengen i.d.R. größer sein, da zunächst eine Wassersättigung des Bodens in der direkten Umgebung des Rohrendes erfolgt.

Der sinkende Wasserstand wird beobachtet und sollte nicht unter ¼ der Rohrlänge fallen (vorher Berechnung des Volumens des Rohres; hier 0,76 Liter bei 2 m Länge). Die Wasserauffüllung ist so lange zu wiederholen, bis sich die Werte bei gleichen Zeiten einer konstanten Menge annähern, mindestens etwa 8 bis 10 Werte insgesamt. Gemessen und protokolliert wird jeweils die Menge Q zur Zeit t, Beginn und Ende.

Versuchsauswertung, Berechnungsgrundlagen

Die Versuchsauswertung des open-end-tests erfolgt tabellarisch durch Einzelberechnung jeder Messung und mit grafischer Darstellung der k_f-Werte für instationäre Bedingungen. Dazu habe ich eine Tabellenauswertung programmiert, in die nur die Zeiten mit den Wassermengen einzutragen sind. Aus dem grafischen Verlauf wird der End- bzw. Durchschnittswert bestimmt (Beispiel und Grafik s. Diagramm).

Für den Auffüllversuch als instationärer open-end-test gilt:

k_f  =  π _* r / (5,5 _* t) _* ln (h_o / h_t)   [m/s]

k_f         gesuchter Durchlässigkeitsbeiwert [m/s]
r           Radius (Rohr) [m]
t           Zeit, Messintervall [s]
h_o        Ausgangsdruckhöhe, Wasserstand [m]
h_t         Druckhöhe zur Messzeit t (aus Wasservolumen Q rückberechnet) [m]

Der natürliche Logarithmus wird aus dem Quotienten der Druckhöhen berechnet.

Auffüllversuch, Auswertung open-end-test (Beispiel)

Insgesamt dauerte der Auffüllversuch 12 Minuten mit Messungen im 1-Minuten-Abstand. Das eingebaute Rohr wurde jede Minute bis zum Rand gefüllt und das Volumen gemessen. Daraus wurde die Höhe der Wassersäule zum Messzeitpunkt mittels einer Eichkurve/Formel berechnet. Sie beträgt hier im Mittel 30 cm Differenz.

Beispielberechnung (reale Messung):

k_f  =  3,14 _* 0,011 / (5,5 _* 60) _* ln (2,0 / 1,7)  =  1,7_*10^-5  [m/s]

Die grafische Darstellung der Einzelwerte zeigt, dass die Streuung im Bereich der Messungenauigkeit liegt (Volumen ca. 10 ml; Zeit ca. 5 bis 10 s). Zu bemerken ist, dass sich schon ab Beginn das gleiche Ergebnis ergibt. Als Durchlässigkeitsbeiwert aus dem grafischen Mittel ergibt sich ein mittlerer k_f-Wert von 1,7_*10^-5 m/s (s. Diagramm).

Bewertung der Ergebnisse des k_f-Wertes für eine Versickerung

Für die Bodendurchlässigkeit im Untersuchungsbereich an der Basis der geplanten Rigole gilt der als in-Situ-Versickerungsversuch durchgeführte open-end-test mit dem Ergebnis des k_f-Wertes von 1,7_*10^-5 m/s im Feinsand mit Schlufflagen. Der k_f-Wert liegt im durchlässigen Bereich für eine Versickerung und nach den Vorgaben des Merkblattes DWA-A 138 im entwässerungstechnisch relevanten k_f-Bereich von 1_*10^-3 bis 1_*10^-6 m/s. Er liegt damit auch im mittleren „durchlässigen Bereich“ von 1_*10^-4 bis 1_*10^-6 m/s nach DIN 18130 Teil 1.

Der Untergrund ist bis 3,0 m frei von Grundwassereinfluss. Es besteht bei einer max. Bautiefe der Rigole von 1,4 m ein potentieller Abstand von mindestens 1,6 m bis zu einem möglichen Grundwasserspiegel, der hier noch nicht erreicht wurde.

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