Geologie im Bauwesen - IBF

Arbeitsblätter zum Kurs 

Geologie im Bauwesen 

Sommersemester 2011 

Dozenten: Priv. Dr. Jörg-Detlef Eckhardt 

Dipl.-Ing. Thomas Mutschler 

Institut für Bodenmechanik und 

Felsmechanik 

Institut für Massivbau und Baustofftechnologie 

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu

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Inhaltsverzeichnis 

Vorwort 

1. EINFÜHRUNG 

1.1 Stellung der Baugeologie im Rahmen der Geologie 

1.2 Ingenieurgeologische und geotechnische Untersuchungsschwerpunkte 

1.3 Zusammenarbeit zwischen Bauingenieur und Baugeologe 

1.4 Übungsaufgaben 

2. BEWEGUNG, FIGUR, AUFBAU UND DYNAMIK DER ERDE 

2.1 Bewegung und Figur der Erde 

2.2 Aufbau der Erde 

2.3 Erdoberfläche 

2.4 Erdwärme (Geothermie) 

2.5 Seismizität, Magnitude, Intensität und Schadenswirkung 


3. KRISTALLE, MINERALE, GESTEINE und GEBIRGE 

3.1 Geochemische Elemente, Kristalle 

3.2 Minerale 

3.3 Gesteine 

3.4 Gebirge, Fels 

3.5 Bestimmung der Minerale und Gesteine 

3.6 Kreislauf der Gesteine 


4. MAGMATISCHE GESTEINE 

4.1 Magma, Lava 

4.2 Magmatite, Magmendifferentiation 

4.3 Vulkane, Vulkanite 

4.4 Plutone, Plutonite 

4.5 Magmatische Gänge, Ganggesteine 

4.6 Gefüge der Magmatite 

4.7 Bautechnisch bedeutende Magmatite 


5. METAMORPHE GESTEINE 

5.1 Temperatur- und Druckgradienten in der Erdkruste 

5.2 Metamorphose 

5.3 Einteilung der Metamorphite 

5.4 Migmatite 

5.5 Gefüge der Metamorphite 

5.6 Fazies 

5.7 Bautechnisch bedeutende Metamorphite 


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6. SEDIMENTGESTEINE 

6.1 Einteilung der Sedimentgesteine 

6.2 Klastische Sedimente 

6.3 Chemische Sedimente 

6.4 Biogene Sedimente 

6.5 Bautechnisch bedeutende Sedimentgesteine 


7. ENTSTEHUNG UND KLASSIFIKATION VON LOCKER- UND 

FESTGESTEINEN 

7.1 Klima als Motor der Gesteinsbildung 

7.2 Verwitterung 

7.3 Erosion, Transport, Sedimentation 

7.4 Ansprache von Locker und Festgesteinen 


8. ERDGESCHICHTE UND BAUGRUNDEIGENSCHAFTEN 

8.1 Erdgeschichtliche Epochen und geologische Formationen 

8.2 Geodynamik 

8.3 Meeresspiegelschwankungen 

8.4 Stratigraphie und Morphologie 

8.5 Stratigraphie und Baugrundeigenschaften 


9. TEKTONISCHE GRUNDLAGEN 

9.1 Faltung, Deckenüberschiebung 

9.2 Geologische Verwerfungen 

9.3 Halokinese, Diapirismus 

9.4 Felsklüfte und -gefüge 


10. DARSTELLUNG VON SCHICHTFLÄCHEN UND KLÜFTEN 

10.1 Streichen und Fallen von Schichtflächen und Klüften 

10.2 Lagenkugel-Analyse 

10.3 Übungsaufgaben zum Lagenkugeldiagramm mit Lösungen 

10.4 Weitere Übungsaufgaben zum Lagenkugeldiagramm 

11. GEOLOGISCHE ERKUNDUNGEN UND METHODEN 

11.1. Baugeologische Erkundung 

11.2 Bautechnische Bedeutung der Geomorphologie 

11.3 Hangbewegungen 

11.4 Erdfälle und Bodensenkungen 

11.5 Baugrundvergütung durch Injektionstechnik 

11.6 Karten und Profile 

11.7 Übungsausgaben 

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12. HYDROGEOLOGISCHE GRUNDLAGEN 

12.1. Wasserkreislauf 

12.2 Grundwasser 

12.3 Wasserdurchlässigkeit 

12.4 Porosität und Wasseraufnahme 

12.5 Quellen 

12.6 Karst 

12.7 Hydrogeologie im Bauwesen 


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Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite I 

VORWORT 

Die Vorlesung "Geologie im Bauwesen" ist eine Grundlagenvorlesung mit Übungen zur 

Einführung in das Studium des geotechnischen Ingenieurwesens. Sie vermittelt Ihnen 

am Anfang Ihrer Ausbildung zum Bauingenieur einen ersten Einblick in wesentliche 

Teilbereiche Ihrer späteren beruflichen Tätigkeit als Diplom-Ingenieur/in und findet ihre 

Fortsetzung in den Kursen „Bodenmechanik", „Grundbau" und „Felsmechanik". In den 

Masterkursen der Richtung „Geotechnisches Ingenieurwesen“ folgen vertiefende Kurse 

zu "Bodenmechanik", „Grundbau" und "Felsmechanik", die durch die Kurse „Tunnel- 

und Stollenbau", „Felsbau über Tage", „Erddammbau" und „Deponiebau" sowie weitere 

Spezialveranstaltungen ergänzt werden. 

Der Kurs „Geologie im Bauwesen" hat an unserer Hochschule eine lange Tradition. Sie 

wurde von Professor Leopold Müller Ende der sechziger Jahre begründet und später 

von den Professoren Günter Borm, Edwin Fecker und Otfried Natau fortgeführt mit dem 

Ziel, den Studenten des Bauingenieurwesens die Bedeutung der Geologie für ihre Studienrichtung 

klar zu machen. Spätestens dann, wenn Sie ein Vertiefungsstudium im 

geotechnischen Ingenieurwesen aufnehmen, werden Sie erkennen, wie eng die Geologie 

mit dem Bauingenieurwesen verquickt ist und dass Bauen ohne oder gar gegen die 

Geologie fatale Folgen haben kann. 

Die Ihnen vorliegenden Arbeitsblätter zum Kurs „Geologie im Bauwesen" enthalten den 

Vorlesungsstoff in stark komprimierter Form. Trotzdem sind alle geologischen Aspekte, 

die mit dem Bauingenieurwesen zusammenhängen, angesprochen. Dass dabei manches 

geologische Detail behandelt wird, was Sie in Ihrem späteren Berufsleben nicht 

mehr benötigen, lässt sich nicht vermeiden, weil sonst der geologische Zusammenhang 

verloren geht. 

Die Abbildungen und Tabellen dieses Skriptums sind oft der Fachliteratur entnommen, 

ohne dass in jedem Einzelfall alle Urheberrechte überprüft werden konnten. Sie sind 

daher nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und dürfen nicht weiterkopiert werden. 

Für das Studium und Ihren späteren Beruf ist es nützlich, wenn Sie wenigstens eines 

der in der Literaturauswahl genannten Lehrbücher besitzen. Jedenfalls können Sie die 

Lehrbücher in der Universitätsbibliothek ausleihen oder im dortigen Lesesaal studieren. 

Im Lesesaal der Universitätsbibliothek finden Sie auch eine vollständige Sammlung aller 

DIN-Normen, jeweils in der aktuellen Fassung. Das Bauen ist durch Normen sehr 

stark reguliert, weshalb Sie sich intensiv mit diesen Normen befassen sollten. 

Die Geologie ist eine angewandte Wissenschaft und lässt sich nicht allein im Hörsaal 

und aus Büchern begreifen. Wir empfehlen daher über diese Vorlesung hinaus die aktive 

Teilnahme an einem geologischen Praktikum zur Gesteinskunde, welches vom Geologischen 

Lehrstuhl angeboten wird. Dort lernen Sie die wichtigsten Gesteine und gesteinsbildenden 

Minerale kennen und unterscheiden. Eine Fertigkeit, die Ihnen nicht 

nur in Ihrem Beruf von Vorteil sein wird, sondern die auch für Ihre Allgemeinbildung von 

großem Nutzen ist.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite II 

LEISTUNGSNACHWEIS 

Die Studienleistung im Kurs „Geologie im Bauwesen“ wird durch einen Leistungsnachweis 

ohne Benotung gemäß §17,2 der SPO für den Bachelorstudiengang bescheinigt. 

Der Leistungsnachweis ist mit einer erfolgreichen Teilnahme an einer mündlichen Befragung 

zu erbringen. Die Befragung wird in Gruppen zu jeweils drei Kandidaten am 

Ende des Semesters, noch in der Vorlesungszeit, stattfinden. Termin und Ort werden 

rechtzeitig bekannt gegeben. 

Gegenstand der Befragung ist der in Vorlesung und Übung behandelte Stoff. Die am 

Ende einiger Kapitel aufgelisteten Fragen können als Orientierung dienen. Die ergänzenden 

Stichworte sind in Kurzform erläutert und sollten in der Fachliteratur näher recherchiert 

werden. Die Arbeitsblätter sind z. T. ausführlicher als die Vorlesungen und 

Übungen. Sie sollten Ihnen bei Bedarf zum Nachschlagen dienen. Fragen zum Verständnis 

sind erlaubt, machen Sie Gebrauch davon! 

Diese Arbeitsblätter stehen im Internet unter 

http://www.ibf.uni-karlsruhe.de/gib_skript.html 

zum Download bereit. 

LITERATURAUSWAHL 

Allgemeine und historische Geologie 

Murawski, H. und Meyer W. (2010): Geologisches Wörterbuch, 12. Auflage, Elsevier 

Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 24,95 EUR 

Press, F. und Siever, R. (2003): Allgemeine Geologie, 3. Auflage, Spektrum Akademischer 

Verlag, Heidelberg, TB 50,00 EUR, geb. Ausgabe: 72,00 EUR 

Richter, D. (1992): Allgemeine Geologie, 4. Auflage, de Gruyter, Berlin, 34,95 EUR 

Tarbuck, E. J. & Lutgens, F. K. (2008): Earth – Introduction to Physical Geology, 9. Auflage, 

Pearson Education Int., ca. 90 EUR 

Tektonik 

Eisbacher, G.H. (1996): Einführung in die Tektonik, 2. Auflage, Spektrum Akademischer 

Verlag, Heidelberg, (nur noch antiquarisch erhältlich) 

Baugeologie, Hydrogeologie 

Fecker, E. und Reik, G. (2001): Baugeologie, 2. Auflage, F. Enke Verlag, Stuttgart, 

30,00 EUR 

Hölting, B. und Coldewey, W.G. (2009): Hydrogeologie, 6. Auflage, Elsevier Spektrum 

Akademischer Verlag, Heidelberg, 39,95 EUR

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite III 

Klengel, K.J., Wagenbreth, O und Pasek j. (2001): Ingenieurgeologie, 3. Auflage, 

Spektrum Akademischer Verlag; 

Prinz, H und Strauß, R. (2006): Abriss der Ingenieurgeologie, 4. Auflage, Elsevier 

Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 79,95 EUR 

Reinsch, D. (1991): Natursteinkunde, Eine Einführung für Bauingenieure, Architekten, 

Denkmalpfleger und Steinmetze, Spektrum Akademischer Verlag.(nur noch antiquarisch 

erhältlich) 

Normen 

DIN 4020, Sept. 2003: Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke 

DIN EN ISO 14688-1: Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Benennung, Beschreibung 

und Klassifizierung von Boden - Teil 1: Benennung und Beschreibung (ISO 

14688-1:2002); Deutsche Fassung EN ISO 14688-1:2002 


und Klassifizierung von Boden - Teil 2: Grundlagen für Bodenklassifizierungen 

(ISO 14688-2:2004); Deutsche Fassung EN ISO 14688-2:2004 


und Klassifizierung von Fels - Teil 1: Benennung und Beschreibung (ISO 

14689-1:2003); Deutsche Fassung EN ISO 14689-1:2003 

DIN EN ISO 22475-1: Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Probenentnahmeverfahren 

und Grundwassermessungen - Teil 1: Technische Grundlagen der Ausführung 

(ISO 22475-1:2006); Deutsche Fassung EN ISO 22475-1:2006 

DIN EN ISO 22475-2: Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Probenentnahmeverfahren 

und Grundwassermessungen - Teil 2: Qualifikationskriterien für Unternehmen 

und Personal (ISO/TS 22475-2:2006); Deutsche Fassung CEN ISO/TS 22475- 

2:2006 

DIN 4023, März 1984: Baugrund- und Wasserbohrungen; Zeichnerische Darstellung 

der Ergebnisse 

DIN EN 1998-1: Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1: 

Grundlagen, Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten; Deutsche Fassung 

EN 1998-1:2004 + AC:2009

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 1.1 

1. EINFÜHRUNG 

(Wechselbeziehungen von Geologie, Baugrund und Bauwerk) 

Baugeologie ist die angewandte Geologie im Bauwesen bei Untersuchungen von 

Baugrund und Baustoffen aus natürlichem Gestein. Im Vordergrund steht dabei die 

Interpretation der geologischen Gegebenheiten für bautechnische Zwecke. 

Im Umweltschutz zählen zu den baugeologischen Aufgaben die Standortuntersuchungen 

für Deponien über und unter Tage, Gefährdungsabschätzungen, 

Altlastenerkundung, -sicherung und -sanierung, Erstellung von Karten zur Landschaftsnutzung 

und Raumplanung in Abhängigkeit von den Untergrundverhältnissen usw. 

Baugeologische Untersuchungen sind durch unterschiedliche Nutzungsansprüche an 

den Baugrund geprägt, wobei wirtschaftliche, sicherheitstechnische und ökologische 

Aspekte zu berücksichtigen sind. Voraussetzung hierfür ist eine fundierte Kenntnis über 

den Aufbau des Baugrundes und sein Verhalten bei bautechnischen Eingriffen. 

1.1 Stellung der Baugeologie im Rahmen der Geologie 

Geologie 

Allgemeine Geologie Historische Geologie Angewandte Geologie 

physiograph. dynamische Stratigraphie Paläontologie 

Geologie Geologie 

endogene Dynamik exogene Dynamik Tektonik 

Lagerstättengeologie Hydrogeologie Baugeologie Bodenkunde 

Benachbarte Disziplinen: Mineralogie, Petrographie, Geophysik 

Weiterführende Ingenieurdisziplinen: 

Bodenmechanik, Grundbau, Dammbau, Deponiebau, Felsmechanik, Felsbau, Tunnelbau, 

Bergbau 

_____________________________________________________________________ 

Übung 1.0: 

Interpretieren Sie das obige Diagramm zur Stellung der Baugeologie im Rahmen der 

Geowissenschaften mit Hilfe der Definitionen auf der folgenden Seite. Beachten Sie 

dabei, dass die einzelnen Disziplinen i.a. miteinander verbunden sind.


Geologie: Wissenschaft von der Entwicklungsgeschichte und dem stofflichen Aufbau 

der Erde. Sie erforscht die Erdkruste mit ihren Gesteinen, deren Lagerungs- und 

Umwandlungserscheinungen sowie ihrem Fossilgehalt. 

Allgemeine Geologie (Geomorphologie, exogene und endogene Dynamik): 

Wissenschaft von den Formen der Erdoberfläche. Lehre von den physikalischchemischen 

Grundlagen geologischer Prozesse: Bildung und Umgestaltung der 

Gesteine unter Einwirkung von endogenen (=inneren) und exogenen (=äußeren) 

Kräften 

Historische Geologie (Erdgeschichte): Sie erforscht die Entwicklung der Erde - 

besonders ihrer Kruste - und des Lebens darauf über die erdgeschichtlichen 

Epochen. Urkunden und Zeugnisse dafür sind die Gesteine und Fossilien. 

Stratigraphie: Lehre von der Zusammensetzung, der zeitlichen Bildungsfolge und 

Fossilführung sowie der räumlichen Verbreitung der Sedimentgesteinsschichten. 

Aufstellung von Zeitskalen zur Datierung der geologischen Geschichte 

Paläontologie: Wissenschaft von den tierischen und pflanzlichen Lebewesen 

(Flora und Fauna) der verschiedenen erdgeschichtlichen Epochen 

Geochronologie: Wissenschaft vom relativen und absoluten Alter der Erde 

Angewandte Geologie: Anwendung geologischer Erkenntnisse und Methoden: 

Ingenieurgeologie: Lehre von der Verwertung und Anwendung geologischer 

Informationen auf Belange der Technik 

Montangeologie: Grundlage zur Suche und Untersuchung von natürlichen 

Rohstoffen (Lagerstättenkunde: Erdöl, Kohle, Salze, Erze, Steine, Erden) 

Hydrogeologie: Lehre vom Wasserhaushalt der Gesteine und Gesteinsverbände. 

Erforschung der Vorräte, Bewegung, Qualität und Quantität des Grundwassers 

Baugeologie: Teilgebiet der Ingenieurgeologie: Lehre von der Verwertung und 

Anwendung geologischer Erkenntnisse auf Belange des Bauwesens. Diese sind: 

Geotechnik, technische Beherrschung der geologischen Randbedingungen, 

Baugrund, Gründungen, Erdarbeiten, Verkehrsbauten, Fels- und Tunnelbau, 

Talsperren, Rohöl- und Gasspeicherung, Abfall-Deponien über und unter Tage 

Mineralogie: Lehre von der physikalisch-chemischen Zusammensetzung und 

geometrischen Bildung der Minerale 

Petrographie (Gesteinskunde): Lehre von Entstehung, Zusammensetzung und 

Umbildung der Gesteine 

Geochemie: Stoffbestand und Stoffwechsel der Erde 

Geophysik: Physik der festen Erde, des Meeres und der Lufthülle. Sie befaßt sich mit 

den seismischen, gravitativen, magnetischen, thermischen und elektrischen 

Eigenschaften und Erscheinungen der Erde sowie dem physikalischen Aufbau des 

Erdinneren.


Angewandte Geophysik: nutzt die geophysikalischen Erkenntnisse und Methoden 

für das Aufsuchen von Lagerstätten und für die Sondierung von Baugrund. 

Geomechanik: Mechanisches Verhalten der Erdkruste gegenüber tektonischen oder 

technischen Einwirkungen 

Bodenmechanik und Felsmechanik: Teilgebiete der geotechnischen Ingenieurwissenschaften. 

Mechanische und physikalische Eigenschaften des Gebirges. Statik 

und Dynamik von Boden und Fels als Element einer Ingenieurkonstruktion 

1.2 Ingenieurgeologische und geotechnische Untersuchungsschwerpunkte 

Bauwerksart Untersuchungsschwerpunkte 

Hochbauten Standortwahl, Tragfähigkeit und Setzungsverhalten des 

Baugrundes, Standsicherheit der Baugrubenböschungen, 

Wasserverhältnisse 

Brücken Standortwahl, Standsicherheit und Setzungsverhalten der 

Stützenbereiche und Widerlager 

Verkehrswege Trassenlage (Hang- oder Tallage), Setzungsverhalten, 

Standsicherheit von natürlichen und künstlichen Böschungen, 

Frostverhalten der Gesteine 

Talsperren Wahl des Absperrquerschnittes, Belastbarkeit des 

Tunnel, Stollen, 

Schächte, 

Kavernen 

Untergrundes in den maßgebenden Richtungen, 

Standsicherheit der Felswiderlager, Dichtheit des Stauraumes 

und Sperrenbereiches, Verlandungsfragen, Erdbeben- 

sicherheit und induzierte Seismizität, Standsicherheit der 

Talhänge des Stauraumes 

Trassen- und Standortwahl, geologisch-geotechnische 

Prognose, Verhalten der verschiedenen Gebirgsarten beim 

Ausbruch eines Hohlraumes, Gebirgsspannungen, 

Wasserverhältnisse, Temperatur, Quell- und Schwellverhalten, 

Gebirgsgase 

Flussbau Erosionstätigkeit, Erosionshindernisse, Sedimentations- 

tätigkeit, Standsicherheit von Uferböschungen, Fest- 

stoffführung 

See- und Hafenbau Erosions- und Verlandungsfragen, Gründungsfragen 

Deponien über 

Tage 

Deponien unter 

Tage 

Baugrundgeologie und -hydrogeologie, Basisabdichtung, 

Abdeckung, Standsicherheit 

Bewertung alter Bergwerke, geologische und geotechnische 

Barrieren, Standsicherheitsnachweise


1.3 Zusammenarbeit zwischen Bauingenieur und Baugeologe 

Das Ziel jeder Zusammenarbeit zwischen dem Bauingenieur und dem Baugeologen ist 

in erster Linie eine Frage der Optimierung hinsichtlich größtmöglicher Sicherheit, 

Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit. 

Baugeologe Ingenieur 

Klärung der geologischen Situation im 

Großen 

Klärung der geologischen Situation am 

gewählten Ort, Festlegung des 

Aufschlussprogrammes, Überwachung 

bzw. Durchführung der 

Aufschlussarbeiten, Baustofffragen 

Interpretation der Aufschlussverhältnisse 

und Durchführung ergänzender 

Untersuchungen, Disposition von Groß- 

und Laborversuchen 

Geologische Dokumentation und 

Bauberatung 

Mitarbeit bei der Deutung von 

Bauwerksbeobachtungen 


Vorstudien 

Generelle Projektierung 

Detail-Projektierung 

Bauausführung 

Bauwerksüberwachung 

Grundsätzliche Entscheidung über 

Lokalität, Trassenführung, Hauptanlageverhältnisse 

Entscheidung über Bauwerkstypen, 

Gründungsarten, Baustofffragen 

Anpassung der Baukonstruktionen an 

das geologische Detail, Entscheidung 

über Art der Bauweise und 

Baudurchführung, Festlegung von 

Beobachtungssystemen 

Erforderlichenfalls Anpassung von 

Konstruktion und Ausführung an die im 

Zuge des Baufortschrittes gewonnenen 

Daten, Messbeobachtungen 

Erforderlichenfalls ergänzende 

Maßnahmen 

Ü 1.1 Nennen Sie aus Ihrem persönlichen Erfahrungsbereich (Heimatort, Studienort, 

Praktikum, Reisen usw.) eine Baustelle in Locker- oder Festgestein, bei der die 

Geologie des Baugrundes eine besondere Relevanz hat(te). 

(a) Welche Erscheinungen waren zu beobachten? 

(b) Versuchen Sie die Situation zu skizzieren. 

(c) Welche baulichen Maßnahmen wurden getroffen?


2. BEWEGUNG, FIGUR, AUFBAU UND DYNAMIK DER ERDE 

(Jahreszeiten/Klima, Schalenaufbau, Isostasie, Geothermie, Tektonik, Erdbeben) 

2.1 Bewegung und Figur der Erde 

Erde 

Oberfläche: 510 Mio. km2 

mittl. Radius: 6 371 km 

mittl. Dichte: 5,5 g/cm 3 

mittl. Schwere: 9,81 m/sec2 

Sonne 

Volumen: 1,1 * 1012 km3 

Äquator-Radius: 6378 km 

mittl. Dichte der oberen 

Kruste: 2,7 g/cm3 

(an der Erdoberfläche) 

Masse: 6 * 1024 kg 

Pol-Radius: 6356 km 

Masse: 2 * 1030 kg ca. 332 000 * Erdmasse 

mittl. Radius: 700 000 km ca. 109 * Erdradius 

mittl. Dichte: 1,4 g/cm 3 ca. 1/4 * Erddichte 

Dichte im Zentrum: 10 g/cm 3 

mittl. Schwere: ca. 28 * Erdschwere an der Oberfläche 

Die Schwerkraft der Erde hängt von der Entfernung vom Erdmittelpunkt ab. Die 

Fallbeschleunigung beträgt im Mittel 9,81 m/sec 2 . Örtliche Abweichungen des 

Erdschwerefeldes entstehen durch Heterogenitäten in der Massenverteilung; sie 

werden durch die Gravimetrie erforscht. 

Die Erde rotiert gegen den Uhrzeigersinn in 24 Stunden einmal um ihre Achse, die 

gegen die Erdbahn um 66 o 33' geneigt ist, wobei die Drehgeschwindigkeit am Äquator 

465 m/sec (1 700 km/h) beträgt. 

Die Erde bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 30 km/sec ( 108 000 km/h) auf 

einer nahezu kreisförmigen, etwa 940 Mio. km langen elliptischen Bahn (Ekliptik) um die 

Sonne, die in einem der beiden Brennpunkte steht. Der mittlere Abstand von Sonne und 

Erde beträgt ca. 150 Mio. km; er ist Anfang Januar um 2,5 Mio. km geringer, Anfang Juli 

2,5 Mio. km größer. Die Neigung der Rotationsachse gegen die Ekliptik ist die Ursache 

für die verschiedenen Jahreszeiten auf der Nord- und Süd-Halbkugel. 

Abb. 2.1 Jahresumlauf der Erde um die Sonne


Sonne, Mond und andere Himmelskörper wirken auf die Wassermassen der Erde durch 

gravitative Anziehung ein. Auch der feste Erdkörper wird durch diese Anziehungskräfte 

deformiert: Dehnung entlang der Linie Mond/Erdschwerpunkt, Stauchung senkrecht 

dazu. In Karlsruhe beträgt die Gezeitenschwingung ca. 50 cm. 

Der Mond läuft als natürlicher Satellit der Erde in 27,5 Tagen einmal um die Erde und 

bestimmt ihre Gezeiten von Land und Wasser (Ebbe/Flut). 

2.2 Aufbau der Erde 

Die Erde ist in konzentrischen Schalen aufgebaut: 

Die äußere Schale ist eine gasförmige Hülle (Atmosphäre). Sie hat eine Mindesthöhe 

von 1 000 km, und ihre Dichte wird nach außen geringer; 90% der Luftmassen sind in 

den untersten 20 km enthalten. 

Unter der Atmosphäre liegen der vom Wasser eingenommene Bereich (Hydrosphäre) 

und die Landmassen (-> Klima -> Wetter -> Verwitterung). Sichtbare Teile der oberen 

Erdkruste sind die Gesteine, die durch Gebirgsbildung und -abtragung an die 

Erdoberfläche gelangt sind (-> Orogenese, Epirogenese), sowie das 

Oberflächenwasser. 

Mit geophysikalischen Methoden - besonders durch Auswertung der Laufzeiten von 

Erdbeben-Wellen - gewinnt man Aufschluß über den Aufbau der tiefergelegenen Teile 

des Erdkörpers: Sprunghafte Änderungen der Geschwindigkeit von seismischen Wellen 

in bestimmten Tiefen sowie Brechung und Reflexion an Unstetigkeitsflächen belegen 

den Schalen-Aufbau des Erdkörpers: Erdkruste, Erdmantel und Erdkern; diese lassen 

sich jeweils noch weiter untergliedern (-> Seismologie). 

Abb. 2.2 Schalenförmiger Aufbau des Erdkörpers (Press & Siever, 2003)


2.2.1 Erdbebenwellen 

Erdbebenwellen sind stoßartige elastische Verformungen (seismische Wellen), die von 

tieferen Teilen der festen Erdkruste ausgehen, sich durch den Erdkörper als 

Raumwellen (P- und S-Wellen) und entlang der Erdoberfläche als Oberflächenwellen 

(L- und R-Wellen) ausbreiten. 

Die Kompressionswellen (primäre Wellen = P-Wellen) sind am schnellsten. Sie laufen 

als Longitudinalwellen mit Geschwindigkeiten von mehreren km/sec durch den 

Erdkörper. Je härter ein Gestein ist, desto höher ist die Geschwindigkeit der P-Wellen. 

Die Scherungswellen (sekundäre Wellen = S-Wellen) sind Transversalwellen, die den 

P-Wellen mit etwa halber Geschwindigkeit folgen. 

Die M-Wellen ("Maximum") treffen zuletzt ein, da sie entlang der Erdoberfläche laufen. 

Nach der Art der Teilchenbewegung gliedert man sie weiter in R- (Rayleigh) und L- 

(Love) Wellen. 

(a) 

(b) 

Abb.2.3 Seismische Wellentypen (Press & Siever, 1995) 

(a) Kompressionswelle (c) Rayleigh-Welle (c)+(d) M-Welle 

(b) Scherungswelle (d) Love-Welle 

(c) 

(d) 

Abb. 2.4 Schema eines Horizontalseismographen nach Wiechert aus (Press & 

Siever, 2003)


Abb. 2.5 Ausbreitung seismische Wellen in der Erde und typische Seismogramme 

mit Vorläufern (P, PP, S, SS, SSS) und Hauptphase (L, R) 

Abb. 2.6 Ausbreitung seismischer Raumwellen durch die Erde


2.2.2 Erdkruste 

Unter dem Deckgebirge (= Sedimentdecke) liegt das Grundgebirge, das zu Tage tritt, 

wenn das Deckgebirge abgetragen ist. Es besteht aus magmatischen und 

metamorphen Gesteinen mit hohen Silicium- und Aluminium-Gehalten. Dieses 

Stockwerk heißt Oberkruste, Kontinentale Kruste oder Granitische Schale. Darin beträgt 

die Geschwindigkeit der P-Wellen 4 - 6,3 km/sec. Ihre mittlere Dichte liegt bei 2,7 

g/cm3. 

Die Dicke der Oberkruste beträgt in den Kontinenten 10 - 30 km; sie kann unter den 

jungen Gebirgen (z.B. Alpen, Anden, Himalaya) bis auf 60 km anwachsen 

(>Gebirgswurzel, Isostasie). 

Die Geschwindigkeit der P-Wellen und die Dichte des Gesteins erhöhen sich an der 

Unterfläche der Oberkruste, der Conrad-Diskontinuität. Darunter liegt die Unterkruste, in 

der Silizium und Aluminium abnehmen, Magnesium und Eisen aber zunehmen. Man 

nennt diese Zone Basaltische Kruste oder Gabbro-Schale. 

Unter den Ozeanen ist die Unterkruste 5 - 6 km mächtig. Ihre Dicke nimmt unter den 

Kontinenten auf 15 - 20 km zu. Im Mittel liegt die Untergrenze bei 30 - 35 km Tiefe. 

Die untere Begrenzung der Unterkruste ist eine deutliche Unstetigkeitsfläche für die P- 

Wellen-Ausbreitung; sie wird Mohorivicic-Diskontinuität ("Moho") genannt. Besonders 

tief reicht die Moho-Fläche unter den jungen Gebirgen. 

Abb. 2.7 Schematischer Querschnitt durch die Erdkruste (Press & Siever, 2003) 

2.2.3 Erdmantel 

Der Obere Mantel der Erde besteht im Wesentlichen aus Silicaten von basaltischperidotitischer 

Zusammensetzung. In der Geomechanik wird er mit der Erdkruste zur 

Lithosphäre zusammengefasst. Darunter liegt eine Zone von relativ geringer 

Materialfestigkeit und hoher Mobilität; sie heißt Asthenosphäre und steht mit der 

Lithosphäre im Massenaustausch - besonders an den mittelozeanischen Rücken, wo 

Material der Asthenosphäre aufsteigt, abkühlt und in der Lithosphäre erstarrt. Der 

umgekehrte Vorgang spielt sich in den Subduktionszonen ab. Bis in den untersten Teil


des Oberen Mantels sind Inhomogenitäten nachweisbar (z.B. Benioff-Zonen an 

abtauchenden Lithosphärenplatten). 

Abb. 2.8 Subduktion der ozeanischen Kruste unter die kontinentale Kruste (Press & 

Siever, 1995) 

Im Mittleren Mantel nimmt die Dichte bis auf 4,6 g/cm 3 zu. Im Unteren Mantel steigt die 

Geschwindigkeit der P-Wellen mit zunehmender Tiefe auf ca. 14 km/sec an. In 2900 km 

fällt sie auf 8,1 km/sec zurück; dort liegt die Kern/Mantel-Grenze, wo die Dichte 

sprunghaft von 6,7 g/cm3 auf 9,4 g/cm3 ansteigt. 

2.2.4 Erdkern 

Man nimmt an, dass der Erdkern aus Eisen und Nickel mit Beimengungen von Silicaten 

des Eisens und Magnesiums besteht. Transversalwellen gehen durch den Erdkern nicht 

hindurch. Daraus schließt man, dass der äußere Erdkern flüssig sei. Der innere Erdkern 

unterscheidet sich vom äußeren Kern durch die P-Wellen-Geschwindigkeit und wird als 

fest angesehen. 

2.3 Erdoberfläche 

Etwa ⅔ der Oberfläche der Erde werden von Meeren, ca. ⅓ von Kontinenten, Mittel- 

und Hochgebirgen bedeckt. Die Kontinentaltafel und der Tiefseeboden nehmen 

besonders große Räume ein, während Höhen über 1 000 m (max. Höhe: Mt. Everest 

8882 m) relativ selten sind. 

Die Kontinentaltafel beginnt bei 1 000 m ü. NN und reicht bis zu 200 m tief u. NN. Der 

wasserbedeckte Teil eines Kontinentes heißt Schelf oder Festlandsockel. Der 

Kontinentalabhang begrenzt die Schelfe und fällt bis etwa 4 000 m ab. Es folgt die 

Tiefsee, deren ausgedehnte Flächen bis fast 6 000 m unter NN reichen.


Aus dem Tiefseeboden ragen langgestreckte Gebirgsrücken aus magmatischen 

Gesteinen hervor (Tiefseerücken). 

2.3.1 Kontinente 

Die durchschnittliche Höhe der gesamten Landoberfläche beträgt 875 m ü. NN. Im 

Norden lagern sich um das nördliche Eismeer die Kontinentalbereiche Nordamerikas, 

Asiens und Europas. Der Erdteil Antarktis bildet einen ausgedehnten Kontinent im 

Bereich des Südpols. Auffallend ist der weitgehend kongruente Verlauf der atlantischen 

Ost- und Westküsten (-> Kontinentalverschiebung). 

Abb. 2.9 Kongruenz der zirkumatlantischen Kontinentalränder (Press & Siever, 

2003) 

(Grundlage der Kontinentalverschiebungstheorie von A. Wegener) 

Abb. 2.10 Schema der Plattentektonik der Lithosphäre (Press & Siever, 2003)


2.3.2 Meere 

Von den großen Ozeanen (Pazifik, Atlantik, Indik) dringen Nebenmeere zwischen die 

Kontinentalblöcke ein. Diese Nebenmeere werden in Mittelmeere, welche die 

Kontinentalblöcke in Erdteile gliedern, und in Randmeere (z.B. Nordsee, Ostsee) 

eingeteilt. Die größten Tiefen des Meeresbodens erreichen die Tiefsee-Gräben (z.B. 

Marianen-Graben 11 000 m u. NN). Sie sind relativ schmale Senkungszonen, die bis zu 

tausenden von Kilometern lang sind und sich i.a. unmittelbar vor den Kontinenten oder 

Inselbögen mit jungen Gebirgen hinziehen (Subduktionszonen). 

An den Tiefseerücken steigen die magmatischen Schmelzen in tiefreichenden Bruch- 

und Dehnungszonen der Erdkruste empor (Divergenzzonen). Eine bedeutende 

submarine SchwelIe ist der Mittelatlantische Rücken, der den Atlantik durchzieht und 

Höhenunterschiede von mehr als 3000 m besitzt; auf ihm liegen Island, die Azoren und 

andere Inseln. In den Mittelatlantischen Rücken ist ein 20-50 km breiter, über 3000 m 

tiefer Zentralgraben ("Rift") eingesenkt. 

Abb. 2.11 Schema des "sea-floor-spreading" 

2.4 Erdwärme (Geothermie) 

Die Temperatur der Erdkruste nimmt pro 100 m Tiefe im Mittel um 3 oC zu. Dieser 

Temperatur-Gradient in [ o C/m] oder sein Kehrwert, die geothermische Tiefenstufe in 

[m/oC], hängen von radioaktiver Aufheizung, chemischen Prozessen, vulkanischen 

Vorgängen, jungen Gebirgsbildungen sowie von der Wärme-Leitfähigkeit der Gesteine 

ab. Die Geothermische Tiefenstufe schwankt zwischen 90 oC/km in den jungvulkanischen 

Gebieten (z.B. Anden) und 9 o C/km in den alten kontinentalen Schilden 

(z.B. Südafrika, Kanada, Skandinavien). Wahrscheinlich wird die Wärme tieferer 

Schalen - besonders im Erdmantel - durch aufsteigende Schmelzmassen in Form von 

Konvektionsströmungen nach oben transportiert; in der Kruste scheint dagegen 

Wärmeleitung zu dominieren.


2.5 Seismizität, Magnitude, Intensität und Schadenswirkung 

2.5.1 Seismizität 

Seismizität ist die Statistik der geographischen und zeitlichen Verteilung der Erdbeben. 

Die überwiegende Zahl der tektonischen Erdbeben ist an die Ränder der 

lithosphärischen Platten gebunden. 

Abb. 2.12 Seismizität der Erde, Erdbebenherde (Press & Siever, 1995) 

2.5.2 Magnitude 

Die Magnitude eines Erdbebens ist ein relatives Zahlenmaß für die freigesetzte Energie 

im Hypozentrum des Bebens. Sie wird aus dem dekadischen Logarithmus der 

maximalen Amplitude der seismischen Schwingweg-Registrierung an der Erdoberfläche 

bestimmt, nachdem sie auf eine Herdentfernung von 100 km theoretisch reduziert 

worden ist (RICHTER-Skala, 1935): 

M = log (A / A0) 

A Amplitude in [µm] 

A0 = 1 [µm] Referenzamplitude 

Jede Stufe der RICHTERschen Magnitudenskala bedeutet eine Steigerung der 

Schwingweg-Amplitude um das jeweils 10-fache der darunterliegenden Stufe. 

Man unterscheidet zwischen Raumwellen-Magnituden (M b ) und Oberflächenwellen- 

Magnituden (M s ).


2.5.3 Hypozentrum, Epizentrum, Intensität und Schadenswirkung 

Das Hypozentrum ist ein hypothetischer Punkt in der Erdkruste, von der das Erdbeben 

ausgeht. 

Das Epizentrum ist die radiale Projektion des Hypozentrums auf die Erdoberfläche. 

Die Intensität ist eine Kennzahl für die Stärke der Bodenbeschleunigung bei Erdbeben 

anhand der Auswirkungen auf Menschen und Objekte und anhand des Ausmaßes der 

Gebäudeschäden vor Ort. Die DIN 4149:2005-04 verwendet die Europäische 

Makroseismische Skala (EMS) 

2.5.4 Erdbebenzonen in Deutschland 

Die Erdbebenzonen der Bundesrepublik Deutschland sind in Bild 2.13 dargestellt. 

Den Erdbebenzonen werden auf der Grundlage berechneter Intensitäten in Tabelle 2.1 

Intensitätsintervalle zugeordnet. Die Gefährdung innerhalb jeder Erdbebenzone wird als 

einheitlich angesehen; abgesehen von Variationen, die sich durch unterschiedliche 

Untergrundbedingungen ergeben. 

Die Referenz-Wiederkehrperiode, für die die Erdbebengefährdungskarte bzw. die 

daraus abgeleitete Erdbebenzonenkarte, siehe Bild 2.13, erstellt wurde, beträgt 475 

Jahre; dem entspricht eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens oder Überschreitens von 

10 % innerhalb von 50 Jahren. 

Als zonenspezifischer Einwirkungsparameter gilt ein Bemessungswert der Bodenbeschleunigung 

αg, der in Tabelle 2.1 den Erdbebenzonen zugeordnet ist und als 

Grundlage für den rechnerischen Erdbebennachweis anzusehen ist, sofern dieser 

erforderlich ist. 

Für die Zuordnung einzelner Kreise und Gemeinden zu den Erdbebenzonen wird ein 

Beiblatt zur DIN 4149:2005-04 erarbeitet. 

Erdbebenzone Intensitätsintervalle Bemessungswert der 

Bodenbeschleunigung 

αg [m/s²] 

0 

1 

2 

3 

6 ≤ I ≤ 6,5 

6,5 ≤ I ≤ 7 

7 ≤ I ≤ 7,5 

7,5 ≤ I 

Tab. 2.1 Zuordnung von Intensitätsintervallen und Bemessungswerten der Bodenbeschleunigung 

zu den Erdbebenzonen nach Abb. 2.13 

- 

0,4 

0,6 

0,8


Abb. 2.13 Karte der Erdbebenzonen in der Bundesrepublik Deutschland (Bild 2 aus 

DIN 4149:2005-04)


2.5.4 Untergrundverhältnisse, Geologie und Baugrund 

Der Einfluss der örtlichen Untergrundverhältnisse auf die Erdbebeneinwirkung ist 

generell durch eine Einstufung in eine der drei geologischen Untergrundklassen R, T, S 

und in eine der drei Baugrundklassen A, B, C zu berücksichtigen. 

Als Kombinationen von geologischem Untergrund und Baugrund können die Untergrundverhältnisse 

A-R, B-R, C-R, B-T, C-T und C-S vorkommen. 

2.5.4.1 Geologische Untergrundklassen 

Es wird zwischen den folgenden geologischen Untergrundklassen unterschieden: 

- Untergrundklasse R 

Gebiete mit felsartigem Gesteinsuntergrund. 

- Untergrundklasse T 

Übergangsbereiche zwischen den Gebieten der Untergrundklasse R und der 

Untergrundklasse S sowie Gebiete relativ flachgründiger Sedimentbecken. 

- Untergrundklasse S 

Gebiete tiefer Beckenstrukturen mit mächtiger Sedimentfüllung. 

Die geologischen Untergrundklassen in den Erdbebenzonen in Deutschland werden in 

Bild 2.14 gezeigt. Für die Zuordnung einzelner Kreise und Gemeinden zu den 

Untergrundklassen ist ein Beiblatt zur DIN 4149:2005-04 in Vorbereitung. 

2.5.4.2 Baugrundklassen 

Der Baugrundbegriff wird nach folgenden Baugrundklassen unterschieden: 

- Baugrundklasse A 

Unverwitterte (bergfrische) Festgesteine mit hoher Festigkeit. 

Dominierende Scherwellengeschwindigkeiten liegen höher als etwa 800 m/s. 

- Baugrundklasse B 

Mäßig verwitterte Festgesteine bzw. Festgesteine mit geringerer Festigkeit oder 

grobkörnige (rollige) bzw. gemischtkörnige Lockergesteine mit hohen 

Reibungseigenschaften in dichter Lagerung bzw. in fester Konsistenz (z. B. glazial 

vorbelastete Lockergesteine). 

Dominierende Scherwellengeschwindigkeiten liegen etwa zwischen 350 m/s und 800 

m/s. 

- Baugrundklasse C 

Stark bis völlig verwitterte Festgesteine.


Abb. 2.14 Geologische Untergrundklassen in den Erdbebenzonen in der Bundesrepublik 

Deutschland (Bild 3 aus DIN 4149:2005-04)



Ü 2.1 Was ist der Unterschied zwischen exogener und endogener Dynamik der Erde? 

Nennen Sie jeweils wichtigste Ursachen und Wirkungen. 

Ü 2.2 (a) Beschreiben Sie den Schalenaufbau des Erdkörpers. 

(b) Wodurch sind die einzelnen Schalen charakterisiert? 

(c) Woher kennt man sie? 

Ü 2.3 (a) Was sind isostatische Ausgleichsbewegungen der Erdkruste? 

(b) Nennen Sie Beispiele. 

Ü 2.4 (a) Beschreiben Sie das Prinzip der Plattentektonik der Erdkruste mit den 

Mechanismen Mantelkonvektion, Sea-Floor-Spreading, Subduktion, 

Vulkanismus, Erdbeben, Orogenese, Rifting, Kontinentalverschiebung. 

(b) Nennen Sie Beispiele für Subduktionszonen und intrakontinentale 

Riftzonen. 

Ü 2.5 (a) Zeigen Sie am Beispiel der San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien die 

Bewegung der ostpazifischen Plattengrenze relativ zur nordamerikanischen 

sowie die Folgen dieser Bewegung. 

(b) Welche Möglichkeiten gibt es, diese Bewegungen zu beobachten und 

zu messen? 

Ü 2.6 (a) Erläutern Sie den Mechanismus eines tektonischen Erdbebens. 

(b) Wo sind die Erdbebenzonen hauptsächlich lokalisiert? Warum? 

(c) Was sind Nachbeben? 

Ü 2.7 (a) Wo gibt es in Europa Gebiete mit erhöhter seismischer Aktivität? 

(b) Welche Regeln müssen dort bei Ingenieurbauten beachtet werden? 

Ü 2.8 (a) Welche seismischen Bodenschwingungsformen sind für Ingenieurbauwerke 

besonders kritisch? 

(b) Welcher Baugrund ist bei Erdbeben am stärksten gefährdet? Warum? 

Stichworte zu Kap. 2 ( ... sind im Text erläutert) 

Asthenosphäre, Atmosphäre, Divergenz, Ekliptik, Erdbeben, Erdbebenwellen, Erdkern, 

Erdkruste, Erdmantel, Geothermie, Gezeiten, Gravimetrie, Hydrosphäre, Intensität, 

Isostasie, Jahreszeiten, kontinentale Kruste, Kontinentalverschiebung, Lithosphäre, 

Magnitude, Moho-Diskontinuität, ozeanische Kruste, Plattentektonik, Schwerkraft, 

Seismizität, Subduktion


3. KRISTALLE, MINERALE, GESTEINE und GEBIRGE 

(Petrographische Grundlagen, Kreislauf der Gesteine) 

Abb. 3.1 Betrachtungsbereiche bei der stofflichen Zusammensetzung der Erde 

3.1 Geochemische Elemente, Kristalle 

Die (in Gewichtsprozent) häufigsten 8 chemischen Elemente der Oberkruste der Erde 

sind: 

Sauerstoff (O 2 ) ca. 47 % 

Silicium (Si) ca. 28 % 

Aluminium (Al) ca. 8 % 

Eisen (Fe) ca. 5 % 

Calcium (Ca) ca. 4 % 

Natrium (Na) ca. 3 % 

Kalium (K) ca. 3 % 

Magnesium (Mg) ca. 2 % 

Kristalle sind anorganische oder organische Festkörper mit definierter chemischer 

Zusammensetzung und geordneter, meist periodischer atomarer und geometrischer 

Struktur.


3.2 Minerale 

Minerale sind chemisch homogene anorganische Kristalle oder amorphe Feststoffe der 

Erde. Jedes Mineral hat eine chemische Formel. Die Minerale sind die Grundkörper der 

Gesteine. Am häufigsten sind die Silikate, z.B. Quarz (SiO 2 ). Minerale mit hohem Si- 

Gehalt heißen "sauer"; bei geringem Si-Gehalt nennt man sie "basisch". 

Silikate 

- Gerüstsilikate z.B. Quarz, Feldspäte 

- Schichtsilikate z.B. Glimmer, Talk, Serpentin, Chlorit, 

Tonminerale 

- Bändersilikate (Amphibole) z.B. Hornblende 

- Kettensilikate (Pyroxene) z.B. Augit 

- Ringsilikate z.B. Turmalin 

- Gruppensilikate z.B. Disthen 

- Inselsilikate z.B. Olivin 

Weitere gesteinsbildende Minerale: 

Phosphate z.B. Apatit 

Sulfate z.B. Anhydrit, Gips, Baryt 

Karbonate z.B. Calcit, Dolomit, Siderit, Magnesit 

Oxide und Hydroxide z.B. Hämatit, Magnetit, Korund, 

Limonit 

Halogenide z.B. Fluorid, Steinsalz, Sylvin 

Sulfide z.B. Pyrit, Zinkblende 

Reine Elemente z.B. Gold, Silber, Kupfer, Schwefel, 

Kohlenstoff 

3.3 Gesteine 

a) im petrographischen Sinn: ein Gemenge von Mineralen, 

z.B. Granit, bestehend aus Feldspat, Quarz und Glimmer 

b) im geologischen Sinn: 

alle anorganischen und organischen festen Bestandteile der Erdkruste 

(Magmatite, metamorphe Gesteine, Sedimentgesteine) 

c) in der Geomechanik werden die Gesteine weiter unterteilt in 

3.4 Gebirge, Fels 

Festgestein: Gestein, dessen Bestandteile (Körner) eine feste und 

dauerhafte Bindung besitzen, die unter Wassereinwirkung über längere 

Zeit nicht verloren geht 

Lockergestein: Boden, dessen Bestandteile keine oder nur eine sehr 

schwache Bindung aufweisen 

Veränderlich feste Gesteine verlieren ihren Zusammenhalt (Kohäsion) 

unter Einwirkung von Wasser 

Als Gebirge bezeichnet man in der Geotechnik makroskopisch jeden natürlichen 

Verband von Locker- und/oder Festgestein einschließlich des Gefüges (Schichtung, 

Schieferung, Klüftung, Störung, usw.) und des darin enthaltenen Wassers.


Festgestein im natürlichen Verband heißt Fels. Anders als im geographischen 

Sprachgebrauch bedeutet das Gebirge nicht notwendig immer eine topographische 

Erhebung der Geländeoberfläche. 

3.5 Bestimmung der Minerale und Gesteine 

Bestimmungsweise Hilfsmittel Gesteins- bzw. 

Mineralmerkmale 

Lupe, Hammer, Gefügemerkmale, 

makroskopisch- Taschenmesser, Korn- bzw. 

Feldansprache 

verdünnte Salzsäure 

visuelle Ansprache 

(3 Teile Wasser, 1 Teil 

am Handstück bzw. konz. Salzsäure), 

Mineralform, 

Dichte, Härte, 

Kalkgehalt, Farbe, 

in-situ Strichplatte aus Strichfarbe, 

unglasiertem 

Porzellan 

Geschmack 

mikroskopische 

Gefügemerkmale, 

Untersuchung an 

Dünnschliffen, 

Polarisations- 

Farbe, 

Lichtbrechungs- 

polierten Gesteinsoberflächen 

oder 

mikroskopindex, 

Doppelbrechung, 

Mineralkörnern 

Kristallsystem 

Röntgenographisch Röntgendiffraktometer 

Kristallgitterabstände 

(Mineralart) 

Laboruntersuchung 

Elektronenoptisch Elektronenmikroskop 

Elektronenmikrosonde 

Mikrogefüge, 

Elemente d. 

Minerale 

Stoffbestand, 

Gefüge u. Textur, 

chemischchemisch- 

typische 

Reaktionsvorgänge 

physikalischephysikalisches 

Labor 

, alle chemischphysikalischen 

Analysen 

Eigenschaften 

eines Minerals oder 

Gesteins 

Mohs'sche Härteskala: 

1. Talk 

2. Steinsalz 

3. Calcit 

4. Flussspat 

5. Apatit 

6. Orthoklas 

7. Quarz 

8. Topas 

9. Korund 

10. Diamant 

mit dem Messer ritzbar 

ritzen Fensterglas 

schneiden Fensterglas 

mit dem Fingernagel ritzbar


3.6 Kreislauf der Gesteine 

Darstellung nach Cloos, 1929: 

Schematisiert:


3.7 Übungsaufgaben zu den Kapiteln 3 bis 6 

Ü 3.1 Wie heißen die häufigsten chemischen Elemente der Erdkruste? 

Ü 3.2 Umreißen Sie kurz den Kreislauf der Gesteine. 

Ü 3.3 Welches sind die für das Bauwesen jeweils wichtigsten Vertreter der 

(a) Sedimentgesteine, (b) Metamorphite und (c) Magmatite? 

Ü 3.4 Welcher Naturstein ist bei den Bauwerken in Karlsruhe bevorzugt 

verwendet worden? Warum? 

Ü 3.5 Entdecken Sie einen Steinbruch! 

(a) Wo liegt er? 

(b) Welches Gestein wird abgebaut? 

(c) Wie erfolgt der Abbau? 

(d) Worin bestehen die geologischen Besonderheiten? 

Ü 3.6 Nennen Sie je ein Beispiel für 

(a) homogenes, (b) inhomogenes, (c) isotropes, (d) anisotropes Gestein. 

Ü 3.7 Was versteht man unter dem Gefüge eines Gesteins? 

Welche Bildungsbedingungen bestimmen vorrangig das Gefüge von 

(a) klastischen Sedimenten, (b) Tiefengesteinen, (c) Metamorphiten? 

Ü 3.8 Sammeln Sie im Gelände Gesteinshandstücke: 

(a) Sedimentit, (b) Magmatit und (c) Metamorphit. 

Geben Sie die Fundstellen an, und charakterisieren Sie 

die Gefügemerkmale dieser Gesteinsproben. 

Ü 3.9 Mechanische Gesteinseigenschaften: 

Was versteht man unter (a) Härte, (b) Festigkeit, (c) Verformbarkeit? 

Ü 3.10 Was ist der Unterschied zwischen 

(a) sprödem und duktilem Materialverhalten? 

(b) Gesteinsfestigkeit und Gebirgsfestigkeit?


Ergänzende Stichworte zu Kap. 3 

Anisotropie: siehe Isotropie 

Diagenese: Umbildung lockerer Sedimente zu mehr oder weniger festen Gesteinen 

durch langzeitige Wirkung von Überlagerungsdruck, Temperatur, chemischer Lösung 

und Ausscheidung (Zementation). Die Diagenese geht in die niedrigsten Stufen der 

Metamorphose über. 

Feldspäte: häufigste Mineralgruppe der Erdkruste: Silikate mit Al, Ca, K und Na 

felsisch: aus hellen Silikaten bestehend (z.B. Feldspat, Quarz, Muskovit) 

Gemengteile: Mineralarten, aus denen ein Gestein zusammengesetzt ist. Sie werden 

untergliedert in die Hauptgemengteile, die den überwiegenden Teil eines Gesteins 

aufbauen und in die Nebengemengteile. 

Handstück: Gesteinsprobe von etwa Handgröße 

Homogenität: Gleichartigkeit eines betrachteten Bereichs in Bezug auf Aufbau und 

Eigenschaften (chemisch und physikalisch). Gegensatz: Inhomogenität 

Isotropie: Besonderheit eines Betrachtungsbereichs, bezüglich bestimmter 

Eigenschaften (z.B. Härte, Festigkeit, Verformbarkeit, Durchlässigkeit, Lichtbrechung 

usw.) in allen Richtungen gleiche Reaktion zu zeigen. Gegensatz: Anisotropie 

Lagerstätte: Mineralische Anreicherungen, die sich wirtschaftlich verwerten lassen 

mafisch: aus dunklen Silikaten bestehend, reich an Mg und Fe, (Pyroxene, Amphibole) 

Matrix: feinkörnige Grundmasse gröberkörniger Gesteine 

Metamorphose: chemisch-strukturelle Gesteinsumwandlung unter veränderlichen 

Temperaturen und Drücken 

Silikate: Gemenge aus Verbindungen mit Quarz (SiO2 Polymerisation: Ketten- und 

Ringbildungen) 

Struktur: Geometrische Ausbildung der einzelnen Minerale eines Gesteins (z.B. 

Kornform, Korngröße) 

Textur: Räumliche Anordnung der Minerale und ihrer Aggregate im Gestein (z.B. 

Lagentextur, Fließtextur)


4. MAGMATISCHE GESTEINE 

(Plutonite, Vulkanite, Ganggesteine) 

4.1 Magma, Lava 

Die Temperatur der Erde nimmt mit der Tiefe zu (geothermischer Gradient). Durch 

Aufschmelzung von Gesteinskomplexen unter geeigneten Temperatur- und 

Druckverhältnissen in der unteren Erdkruste oder im oberen Erdmantel entsteht Magma 

als eine Gesteinsschmelze mit gelösten Gasen, aus denen umgekehrt bei Abkühlung 

die Magmatite auskristallisieren. 

Der Schmelzprozess (Anatexis) hängt von den Temperatur- und Druckbedingungen 

sowie vom Anteil der Gase (z.B. H 2O, CO 2) in der Schmelze ab. Die meisten Gesteine 

setzen sich aus mehreren Mineralen zusammen, die jeweils unterschiedliche 

Schmelztemperaturen haben. Oft wird nur ein Teil der Minerale aufgeschmolzen 

(Teilschmelzen). 

An der Erdoberfläche austretendes Magma heißt Lava. Bei Vulkanen betragen die 

Eruptionstemperaturen der Lava 700 o C bis > 1200 o C. Der Chemismus der Laven 

hängt von der Temperatur ab und variiert entsprechend stark. 

Magmen und Laven enthalten unterschiedliche chemische Elemente (O 2 , Al, Fe, Mg, 

Ca, Na, K, u.a.), die sich zu Oxiden verbinden. Der Gehalt an Siliziumdioxid (SiO 2 ) 

erlaubt eine Klassifizierung der Magmatite: Gehalte von 45 - 52 Vol. % SiO 2 

charakterisieren basische Gesteine; Gehalte von 52 - 65 Vol. % SiO 2 ergeben 

intermediäre Gesteine; und Gesteine mit über 65 Vol. % SiO 2 bezeichnet man als 

sauer. Vom Basischen zum Sauren nehmen die Fe- und Mg-Gehalte ab, während die 

Metalle Na und K relativ zunehmen. 

4.2 Magmatite, Magmendifferentation 

Magmatische Gesteine (Magmatite, Erstarrungsgesteine) sind Gesteine, die durch 

Abkühlung des Magmas entstehen (Abnahme von Temperatur und Dampfdruck). Sind 

sie im Erdinneren erstarrt, heißen sie Tiefengesteine. Dagegen sind Ergussgesteine an 

der Erdoberfläche erstarrt. 

Wegen seiner gegenüber dem Nebengestein geringeren Dichte steigt das flüssige 

Magma langsam auf. Die damit verbundene Ausdehnung erzeugt Druck, der das 

Magma (meist auf Risszonen) nach oben presst. Es kann die Erdoberfläche erreichen 

und dort in Vulkanen als Lava oder andere Auswurfprodukte eruptieren. Die daraus 

entstehenden Gesteine heißen Vulkanite oder Eruptivgesteine (Kap. 4.3). Wenn das 

Magma bereits beim Aufstieg erstarrt, bevor es die Erdoberfläche erreicht, bildet es die 

Plutonite (Intrusivgesteine Kap. 4.4). 

Magmatische Strukturen entstehen je nachdem, wieviel Zeit das Magma oder die Lava 

zum Abkühlen braucht, in welcher Weise die Minerale auskristallisieren, welche 

Viskosität herrscht und welche Bewegungen das abkühlende Gestein unternimmt. Als 

Faustregel gilt: Je schneller ein Magma abkühlt, desto feinkörniger wird seine Struktur.


Die Abkühlungsgeschwindigkeit hängt stark von der Größe und Gestalt des 

Magmenkörpers ab. Große Magmenmassen erstarren langsamer, Laven dagegen 

schneller als tiefsitzende Intrusionen, die von heißem Nebengestein umschlossen sind. 

Schlagartiges Abkühlen bringt oft Gesteinsglas hervor, das amorph ist. 

Das Gefüge der Magmatite hängt stark von der Abkühlungsgeschwindigkeit ab. 

1. Schnelle Erstarrung: Ergussgesteine (Vulkanite, Laven, Eruptiva) 

Glasig-kristallines, porphyrisches Gestein 

2. Erstarrung in Gängen: Ganggesteine 

Porphyrisches, holokristallines, gleichkörniges, richtungsloses Gestein 

3. Langsame Abkühlung: Tiefengesteine (Plutonite, Intrusiva) 

Holokristallines, gleichkörniges, richtungsloses Gestein 

Abb. 4.1 Schema der Magmendifferenziation 

Abkühlung 

--------------- > 

--------------------- > 

Zunahme an SiO2 

In basischen Ergussgesteinen findet man häufig Gasblasenhohlräume; in intermediären 

und sauren Gesteinen sind sie selten. Die sauren Gesteine zeigen dafür in einigen 

Fällen Fließstrukturen, die auf Magmendifferenziation während des Fließens hindeuten.


Magmendifferenziation bezeichnet die Änderung der mineralischen Zusammensetzung 

des Magmas. Bei Abkühlung fallen die unterschiedlichen Gesteinskomponenten durch 

sukzessive Erstarrung aus. 

Hauptkristallisation nennt man den Zeitabschnitt, in dem der Hauptteil eines Magmas 

auskristallisiert; vorher setzt die Frühkristallisation, danach die Restkristallisation ein. 

Der Mineralbestand der magmatischen Gesteine hängt von der Zusammensetzung der 

Schmelze ab. Neben dem Quarz stellen die Silikatschmelzen die Hauptgemengeteile 

dar, gegenüber denen die nicht-silikatischen Nebengemengeteile quantitativ sehr 

zurücktreten. Die Aufgliederung der Hauptgemengeteile in 2 Hauptgruppen geschieht 

nach der Reihenfolge ihrer Ausscheidung aus dem sich abkühlenden Magma (Tab. 

4.1): 

(1) kieselsäurearme (=basische), dunkel gefärbte melanokrate Minerale, die in der 

Schmelze eine Tendenz zum Absinken haben, 

(2) kieselsäurereiche (=saure), helle leukokrate Minerale, die spezifisch leichter als 

die Schmelze sind. 

Mit der allmählichen Abkühlung und der fortschreitenden Magmendifferenziation wird 

die anfangs relativ basische Schmelze immer reicher an Kieselsäure. Daher zählen die 

magmatischen Gesteine, die aus dem Restmagma stammen, zu den "sauren 

Varianten". 

Tab. 4.1 Einteilung der Magmatite 

Sauer Interm ediär Basisch 

grobkörnig Granit Granodiorit D iorit Gabbro 

feinkörnig R hyolith D azit A ndestit B asalt 

Zunahm e des K ieselsäuregehalts 

Zunahm e des N atriumgehalts 

Zunahm e des K alium gehalts 

Zunahm e des C alciumgehalts 

Zunahm e des M agnesium gehalts 

Zunahm e des Eisengehalts 

Zunahm e der V iskosität 

Zunahm e der S chm elztem peratur 

hell dunkel 

geringer D ichte größer


4.3 Vulkane, Vulkanite 

Eine Eruption ist das Empordringen von Magma oder Gasen aus dem Erdinneren bei 

einem Vulkanausbruch. Die dabei durch Erstarrung der Lava entstehenden Gesteine 

sind die Ergussgesteine (Eruptivgesteine, Vulkanite). 

Die Lava erreicht die Erdoberfläche über lange Spalten (Klüfte) oder eine Röhre 

(Schlot). Die Eruptionsmassen häufen sich um den Schlot zu einem Vulkan an. Neben 

den festen und flüssigen Eruptionsprodukten treten Gase aus (z.B. H 2O, SO 2), die zum 

größten Teil in die Atmosphäre entweichen. 

Viele Vulkanausbrüche sind mit starken Explosionen verbunden (z.B. Ätna, Mount St. 

Helens). Dabei wird teils festes, teils flüssiges Material empor geschleudert. Die 

größeren Brocken (Bomben) fallen schnell zurück, während sich das Feinmaterial 

(Asche) weit über die Umgebung verteilt. Im Lauf mehrerer Eruptionszyklen häufen sich 

die Bruchstücke um den Vulkan lagenweise an und verfestigen sich mit der Zeit zu 

Pyroklastika. Die Menge der weltweit durch Explosionen geförderten Lockerprodukte 

übersteigt die Masse der ruhig ausfließenden (=effusiven) Lavaströme bei weitem. 

Der SiO 2-Gehalt der Lava bestimmt entscheidend deren Zähigkeit (Viskosität): Die 

Viskosität steigt mit sinkender Temperatur; je höher außerdem der Gehalt an SiO 2 , 

desto zähflüssiger ist die Lava. Laven mit hohem SiO 2-Gehalt erzeugen kurze, dicke 

Ströme, Quellkuppen und Dome. Basische Laven mit ihren relativ geringen SiO2- 

Gehalten können dagegen weit ausgedehnte, nahezu horizontale Vulkanitdecken 

(Traps, z.B. Dekkan-Traps) bilden. 

Wahrscheinlich entsteht die Mehrzahl aller Vulkanite unter Wasser am Tiefseeboden als 

ozeanischer Basalt. Die rasche untermeerische Abkühlung erhöht die Viskosität so 

stark, dass die an den Riftzonen aufsteigende und auseinander fließende Lava 

kissenartige Formen bildet (Pillow Lava). 

Je nach Art der Förderung werden verschiedene Vulkantypen an der Erdoberfläche 

erzeugt: Schildvulkane und Stratovulkane. 

Schildvulkane sind flach gelagert und bestehen überwiegend aus Lavadecken 

(Abb. 4.2). Sie entstehen durch reine Effusivtätigkeit (z.B. auf Hawaii). 

Abb. 4.2 Schildvulkan (Press & Siever, 2003)


Stratovulkane sind steil gelagert und bestehen aus einer Mischung von Lava und 

Lockermassen (Abb. 4.3). Sie entstehen aus einem Wechsel von effusiver und 

explosiver Tätigkeit (z.B. Vesuv). 

Abb. 4.3 Stratovulkan (Press & Siever, 2003) 

Der Basalt ist mit mengenmäßig mehr als 90% das weitaus häufigste vulkanische 

Gestein. Er ist schwarz gefärbt und enthält ca. 50% Si und größere Mengen an Eisen. 

Wegen seiner hohen Härte, Zähigkeit und Druckfestigkeit ist er bautechnisch von 

großer Bedeutung. 

4.4 Plutone, Plutonite 

Eine Intrusion ist das Eindringen einer Gesteinsschmelze in Teile der oberen Erdkruste. 

Bei ihrer Erstarrung entstehen die Plutone, die aus kristallinen Tiefengesteinen 

bestehen (Plutonite, Intrusivgesteine). Man findet sie im Grundgebirge unter Tage 

(Bergbau, Tunnelbau) und über Tage dort, wo das Deckgebirge durch Erosion 

abgetragen ist (z.B. Schwarzwald, Bayrischer Wald, Harz). 

Der Prozess der Intrusion gleicht einem Aufstemmen der Nebengesteinsschichten, 

wobei nicht selten auch das Deckgebirge durchschlagen wird; die Lagerung zueinander 

ist dann diskordant. Das aufsteigende Magma wird in Klüfte gedrückt und bewirkt ein 

Ablösen ganzer Blöcke, die in das Magma einsinken; dadurch kann das Magma selbst 

noch weiter nach oben dringen. Tiefengesteine aus diskordanten lntrusionen sind oft 

sauer. 

Vereinzelt (z.B. im Harz, Odenwald) findet man auch km-mächtige konkordante Lagen 

von basischen Intrusiva. Deren Plutonite haben eine oft lagige Struktur (z.B. Gabbros). 

Intrusivgesteine sind i. Allg. an kontinentale Orogene gebunden, während sie im 

ozeanischen Bereich fast völlig fehlen. Sie werden nach Größe, Form, Entstehungstiefe 

und ihrer Stellung zum Nebengestein klassifiziert. 

Große rundliche Plutone mit einer Ausbissoberfläche von mehr als 100 km 2 , steil 

stehenden Kontaktflächen mit dem Nebengestein und tief reichenden Förderkanälen 

heißen Batholite (z.B. Brockenmassiv).


Abb. 4.4 Batholith: Profil des Brockenmassivs mit Intrusionsfolge und Kontakthof 

Stellenweise kann das Deckgebirge beim Eindringen von Magma angehoben und 

ausgebeult worden sein, z.B. San Francisco Mountains. Der entsprechende 

Intrusivkörper hat eine domartige und an der Basis flache Form und heißt Lakkolith. 

Seine Magmenzufuhr kann aus der Tiefe oder von der Seite erfolgt sein. 

Abb. 4.5 Auftretensformen der Magmatite 

4.5 Magmatische Gänge, Ganggesteine 

Ein Gang ist die Füllung einer Felsspalte mit Mineralgemenge (Ganggestein), das 

jünger als das Nebengestein ist. Gänge sind Klein-Intrusionen, die diskordant oder 

konkordant auftreten und bis zu 100 km und mehr lang sein können. Sie entstammen 

oft einer in großer Tiefe liegenden Magmenkammer. 

Lagergänge (Sills) sind flache, konkordante Intrusionen; sie sind an flach gelagerte 

Schichtflächen des Nebengesteins gebunden. Das eindringende Magma muss 

entsprechend dünnflüssig gewesen sein und ist daher fast immer basisch 

zusammengesetzt.


Quergänge (Dykes) sind senkrechte oder steil stehende diskordante Kluftfüllungen von 

wenigen Zentimetern bis mehreren Metern Dicke (Abb. 4.6). Sie können auch in 

Schwärmen von radial oder parallel verlaufenden Gangscharen auftreten. Ein 

charakteristisches Ganggestein ist Dolerit. 

Abb. 4.6 Quergänge 

4.6 Gefüge der Magmatite 

Wegen ihrer Zusammensetzung aus einzelnen Kristallen zählt man die Magmatite zu 

den kristallinen Gesteinen. Die Kristalle stoßen an den Korngrenzen ohne 

Zwischenmittel direkt aneinander und sind bei den Magmatiten i. Allg. regellos verteilt. 

Die Kristallisation der Magmatite aus der Schmelze geschieht bei fallender Temperatur: 

Zuerst kristallisieren die hochschmelzenden Minerale (z.B. Olivin), sobald ihre 

Schmelztemperatur unterschritten ist. Sie können ohne Zwängung ihre idiomorphe, 

charakteristische Kristallform ausbilden (z.B. die Einsprenglinge von Porphyrgesteinen). 

Mit weiterer Abkühlung und Auskristallisierung anderer Minerale wird das 

Kristallwachstum aus Platzgründen zunehmend behindert. Für die zuletzt erstarrenden 

Minerale bleibt nur noch wenig Raum, in dem die Kristalle dann irreguläre, xenomorphe 

Formen entwickeln. 

Das gegenseitige Anordnungsverhältnis der Kristallkörner im Gestein bezeichnet man 

als Struktur. Das Gefüge eines magmatischen Gesteins ergibt sich aus dessen Struktur 

und Textur. 

a. Struktur der Gesteinskomponenten 

- Kristallinität amorph (=glasig) bei vulkanischen Gesteinsgläsern durch 

schnelle Erstarrung (z.B. Obsidian) 

hemikristallin-porphyrisch: Einsprenglinge in dichter, z. T. 

glasiger Grundmasse, fast immer bei Vulkaniten 

(z.B. Andesit) 

holokristallin-porphyrisch: vollkristallin, typisch für 

Tiefengesteine (z.B. Granit) 

- Kornform idiomorph bis xenomorph 

- Gestalt isometrisch, tafelig, prismatisch, stängelig, blättrig 

- Korngröße absolut: grobkörnig 5 - 30 mm 

mittelkörnig 1 - 5 mm 

feinkörnig < 1 mm 

relativ: gleichkörnig, ungleichförmig, porphyrisch


(a) gleichkörnig (b) ungleichkörnig (c) porphyrisch 

Abb. 4.7: Strukturen, relative Korngrößen: 

(a) gleichkörnig (=holokristallin) 

(b) ungleichkörnig (=heteroklastisch) 

(c) porphyrisch 

b. Textur (=Gefügegeometrie): räumliche Einregelung der Minerale durch Platznahme, 

Abkühlungsbedingungen, Reaktion mit dem Nebengestein u.a. 

- massig, richtungslos typisch für Tiefengesteine, langsame 

(z.B. Granit, Diorit) Erstarrung, kaum Bewegung 

- lagig, schichtig entsteht durch Magmendifferenziation 

- fließend, gebändert typisch für Ergussgesteine, Schmelze 

(z.B. Quarzporphyr) war bei der Erstarrung an der Oberfläche 

noch in Bewegung 

- porös, blasig, schlackig Gasanreicherung im Magma entweicht 

(z.B. Bimsstein) beim Austritt an die Erdoberfläche und 

hinterlässt porige Textur 

- drusig, mandelsteinförmig ehemalige Blasenräume im Gestein 

(z.B. Mandelsteine) werden sekundär durch Quarz, Kalkspat 

o. a. Verbindungen ausgefüllt 

(a) (b) (c) (d) 

Abb. 4.8: Texturen: (a) massig, (b) lagig, (c) fluidal, (d) gebändert

Tab. 4.2: Bautechnisch bedeutende Magmatite 

Name 

Granit 

Granodiorit 

Syenit 

Diorit 

Gabbro 

Quarzporphyr 

Porphyr 

Porphyrit 

Diabas 

Basalt (häufiges 

Vulkanit- 

Gestein) 

Farbe 

hellgrau bis 

rotbraun 

rotbraun 

mittelgrau 

dunkelgrau 

bis schwarz 

grauschwarz 

bis 

rotbraun 

schwarz bis 

dunkelgrün 

schwarz 

Hauptminerale 

Quarz, Feldspat, 

Glimmer, Hornblende, 

Augit 

Feldspat, 

Hornblende (10 - 30%) 

(Augit) 

Feldspat, Hornblende, 

Augit, Glimmer 


Augit, Glimmer, Olivin 

Quarz, Feldspat, 


Glimmer 

Feldspat, Augit, 

(Hornblende) 

Feldspat, Feldspatvertreter, 

Hornblende, 

Augit, Olivin, 

Einsprenglinge 

Gefüge 

richtungslos-körnig 

hypidiomorph-körnig, 

richtungslos 

bis gerichtet 

hypidiomorph-körnig 

hypidiomorph-körnig, 

richtungslos 

porphyrisch, 

feinkörnige bis dichte 

Grundmasse, oft 

gerichtet 

sperrig, relativ 

gleichkörnig 

sperrig, z.T. geregelt 

dicht 

Technische Merkmale 

widerstandsfähig, hart, 

spröde, regelmäßig 

teilbar, polierbar, gut 

bearbeitbar 

verschleißfest, zäh, 

kantenfest, regel- bis 

unregelmäßig teilbar, gut 

polierbar 

sehr hart, zäh, kantenfest, 

schwer bearbeitbar, gut 

polierbar 

hart, zäh, schwer bearbeitbar, 

hohe Bohrhärte, 

großer Sprengstoffverbrauch, 

polierbar 

hart, oft großer 

Porenanteil 

verschleißfest, zäh, 

schwer bearbeitbar 

verschleißfest, sehr hart, 

schwer bearbeitbar, oft 

säulenförmig 

einaxiale 

Druckfestigkeit 

[N/mm 2 ] 

180 - 280 

160 - 240 

170 - 300 

170 - 300 

180 - 300 

180 - 250 

250 - 400 

Rohdichte 

[g/cm 3 ] 

2,5 - 2,6 

2,6 - 2,8 

2,8 - 3,0 

2,8 - 3,0 

2,6 - 2,8 

2,8 - 2,9 

2,9 - 3,1 

Verwendung 

Bausteine 

aller Art 

Packlage, 

Schotter, 

Splitt 

Bausteine, 

Schotter 

Bausteine, 

Schotter 

Bausteine, 

Packlage, 

Schotter, 

Splitt 

Schotter, 

Pflaster 

Bausteine, 

Pflaster 

4.7 Bautechnisch bedeutende Magmatite 

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.9


4.8 Übungsaufgaben (siehe auch Kap. 3.7) 

Ü 4.1 (a) Welche unterschiedlichen Vulkantypen kennen Sie? 

(b) Nennen Sie für die verschiedenen Typen jeweils Namensbeispiele! 

Ü 4.2 Welche Temperaturbedingungen führen bei der Magmendifferenziation zu den 

folgenden Strukturen von Magmatiten? 

(a) grobkristallin, gleichkörnig, richtungslos 

(b) porphyrisch, richtungslos 

(c) glasig kristallin 

Ü 4.3 Üben Sie beim Gang über einen Friedhof, wo Sie typische Tiefengesteine als 

Grabplatten gesägt und poliert in großer Zahl entdecken können, oder an einem 

Bauwerk mit Natursteinverblendung die visuelle Bestimmung von Tiefengesteinen 

nach der folgenden Anleitung: 

(a) Wählen Sie eine Platte aus Tiefengestein aus und dokumentieren Sie die 

beobachteten Merkmale in Worten und durch eine Skizze oder ein Foto! 

(b) Kann man die Kristalle mit dem bloßen Auge erkennen? 

• grobkörnig? 

• mittelkörnig? 

• kleinkörnig? 

(c) Sind die Kristalle 

• gleichförmig, 

• ungleichförmig oder 

• porphyrisch? 

(d) Wie könnte das betrachtete Tiefengestein entstanden sein? 

Hinweise: 

Gesteine der großen Intrusionen sind i. Allg. grobkörnig. 

Die Gesteine der kleineren Intrusionen kühlen wegen der Nähe zur Oberfläche 

schneller ab und haben daher mittelkörnige bis porphyrische Strukturen. 

Laven erstarren durch rasche Abkühlung zu feinkörnigen, porphyrischen oder 

amorphen Gesteinen. 

Bei den Tiefengesteinen überwiegen die granitischen Gesteine wie Granit und 

Granodiorit, bei den vulkanischen Gesteinen die basischen wie Basalt und Andesit.



amorph: glasige Struktur, die bei vulkanischen Gesteinsgläsern durch sehr rasche 

Abkühlung entsteht 

Basaltsäulen: polygonale Säulen, die beim Abkühlen von Basaltergüssen entstehen 

basisch: Bezeichnung für quarzlose oder quarzarme Magmatite 

Caldera: durch Explosion oder Einsturz entstandener, kesselförmig stark erweiterter 

Krater eines Vulkans 

Diskordanz: Gegensatz von Konkordanz 

Einsprengling: Kristall, der in einer feinerkörnigen Grundmasse eingebettet ist (z.B. 

porphyrische Struktur bei magmatischen Gesteinen) 

Eruption: Empordringen von Magma oder Gasen aus dem Erdinneren bei einem 

Vulkanausbruch 

Eruptivgesteine (Eruptiva): die bei einer vulkanischen Eruption durch Erstarrung des 

Magmas entstandenen Gesteine ( = Tiefen-, Erguss- oder magmatische Gesteine) 

Fließtextur: liegt vor, wenn sich die unterschiedlichen Komponenten eines Gesteins im 

flüssigen oder gasförmigen Zustand so geordnet haben, dass die Fließrichtung der 

Schmelze auch im verfestigten Gestein noch erkennbar ist 

Gang: Füllung einer Felsspalte mit Mineralien, die jünger als das Nebengestein sind. 

Ganggesteine: Gesteine, die Spalten in anderen Gesteinen füllen; die Gänge können 

bis zu mehreren Kilometern mächtig und über hundert Kilometer lang sein. 

holokristallin: volle Kristallinität sämtlicher Gesteinsgemengeteile 

idiomorph: Form von Kristallen in Magmatiten mit gut ausgebildeter Eigengestalt der 

Kristallflächen 

Intrusion: Eindringen einer Gesteinsschmelze in Teile der Erdkruste. Die bei der 

Erstarrung solcher Schmelzen entstehenden Intrusionskörper werden Plutone genannt; 

große rundliche Plutone heißen Batholithe. 

Konkordanz: ungestörte, schichtparallele Lagerung von Gesteinen. Gegensatz: 

Diskordanz 

Kristallisation: Hauptkristallisation: Zeitabschnitt, in dem der Hauptteil eines Magmas 

auskristallisiert; davor setzt die Frühkristallisation, danach die Restkristallisation ein. 

Lava: an der Erdoberfläche austretende zähflüssige Gesteinsschmelze. Beim Erstarren 

entstehen daraus Ergussgesteine.


leukokrat: Bezeichnung für Magmatite, die reich an felsischen (hellen) Mineralen sind 

Maar: meist kreisförmige, oft wassergefüllte, kraterartige Vertiefungen in vulkanischen 

Gebieten, die durch Explosion unterirdischer Gas- und Dampfmassen entstanden sind 

(z.B. in der Eifel oder in den Vogesen) 

Magma: Gesteinsschmelze mit gelösten Gasen aus größerer Tiefe der Erdkruste und 

des oberen Erdmantels: Grundsubstanz der Magmatite 

Magmatische Gesteine (Magmatite, Erstarrungsgesteine): Gesteine, die durch 

Abkühlung des Magmas entstehen (Abnahme der Temperatur und des Dampfdrucks). 

Wenn sie im Erdinneren erstarrt sind, heißen sie Tiefengesteine. Dagegen sind 

Ergussgesteine oder vulkanische Gesteine an der Erdoberfläche erstarrt. 

Magmendifferenziation: Änderung der mineralischen Zusammensetzung des 

Magmas; bei Abkühlung fallen durch stufenweise Erstarrung unterschiedliche 

Gesteinskomponenten aus. 

melanokrat: Bezeichnung für Magmatite mit vorwiegend mafischen (dunklen) 

Mineralen 

Pluton: Intrusivkörper in der Erdkruste, der aus kristallinen Tiefengesteinen besteht 

Porphyr: Magmatit mit grobkörnigen Einsprenglingen in einer feinkörnigen Grundmasse 

Ultrabasite: Magmatite, die vorwiegend aus mafischen Mineralen (z.B. Olivin, Pyroxen, 

Amphibol, Biotit) bestehen 

Vulkanische (a) Aschen, (b) Bomben, (c) Schlacken: vom Vulkan ausgeworfene (a) 

feinkörnige Lockermassen, (b) Gesteinsbruchstücke, (c) poröse, miteinander 

verbackene Auswurfsbrocken 

xenomorph: Form von Kristallen in Magmatiten, die durch Einzwängung bei der 

Erstarrung ihre natürliche Eigengestalt nicht ausbilden konnten. Gegensatz: idiomorph


5. METAMORPHE GESTEINE 

(Regional-, Kontakt- und Ultrametamorphose, Schieferung) 

Metamorphe Gesteine (Metamorphite) sind durch Temperatur- und Druckeinwirkungen 

umgewandelte sedimentäre oder magmatische Gesteine mit - gegenüber dem 

Ausgangsgestein - veränderten Mineralen, Strukturen und Texturen. Primäres 

Gefügemerkmal der Metamorphite ist i. Allg. eine mehr oder weniger stark ausgeprägte 

Paralleltextur (Schieferung). Bautechnisch wichtige Metamorphite sind z.B. Quarzit, 

Marmor, Phyllit, Glimmerschiefer und Gneis. 

5.1 Temperatur- und Druckgradienten in der Erdkruste 

Das Verhalten der Gesteine hängt stark vom Druck und der Temperatur in der 

Erdkruste ab. In der Nähe der Erdoberfläche reagieren die festen Gesteine 

überwiegend als spröde Körper, während sie sich mit zunehmender Tiefe und damit 

steigendem Umgebungsdruck eher wie zähe Flüssigkeiten (duktil) verhalten. 

5.1.1 Geothermischer Gradient 

Maß für die Temperaturzunahme mit der Tiefe: 

Je nach Region 25 °C/km bis 35 °C/km, durchschnittlich 30 °C/km 

Sein Reziprokwert ist die Geothermische Tiefenstufe. 

5.1.2 Lithostatischer Druckgradient 

Die Druckzunahme durch das Eigengewicht der Gesteine beträgt in der oberen Kruste 

270 - 300 bar (27 - 30 MPa) pro Kilometer. Der lithostatische Druck im Erdinneren ergibt 

sich aus dem spezifischen Gewicht und der Mächtigkeit des überlagernden Gebirges. 

5.2 Metamorphose 

Metamorphose ist die Umwandlung der Strukturen von vorhandenen Gesteinen unter 

Einwirkung von Druck und/oder Temperatur. Man unterscheidet 

Kontaktmetamorphose: eine lokale Temperaturerhöhung beim Kontakt eines 

(thermisch) Gesteinskörpers mit seiner Umgebung (z.B. intrudierende 

Magmen) erzeugt eine Mineralumwandlung. 

Dabei entstehen die Kontaktgesteine 

Dynamometamorphose: Veränderung durch gerichteten Druck: 

(mechanisch) Einregelung der Mineral-Lagen (Textur), z. T. auch 

mechanische Zerscherung (Mylonitisierung) 

Regionalmetamorphose: großräumige Druck- und Temperaturänderungen 

(mechanisch und thermisch) z.B. bei Epirogenese, Orogenese: 

Versenkung von Gesteinspartien in größere Tiefen mit 

einem Anstieg von Umgebungsdruck und -temperatur. 

Dabei entstehen kristalline Schiefer (z.B. Gneise).


Impaktmetamorphose: Metamorphose durch z.B. Meteoriteneinschlag 

Retrograde Metamorphose: läuft bei abnehmenden Temperaturen und Drücken 

ab; dabei werden Hochdruck- und Hochtemperatur- 

mineralien in neue Mineralien umgewandelt, die bei 

relativ tieferen Temperaturen und Drücken stabil sind. 

5.3 Einteilung der Metamorphite 

a) Regionalmetamorphose b) Kontaktmetamorphose 

Abb. 5.1 Regional- und Kontaktmetamorphose (Press & Siever, 1995) 

Tab. 5.1


5.4 Migmatite 

Unter den veränderlichen Druck- und Temperaturbedingungen in der Lithosphäre sind 

die Grenzen des Bereichs der Metamorphose gegen die Bereiche Diagenese und 

Wiederaufschmelzung (Anatexis) fließend. Die Migmatite entstehen bei teilweiser Aufschmelzung 

oder Vermischung mit Magma als besonders komplexe Gesteine. 

5.5 Gefüge der Metamorphite 

Das Gefüge ist der Oberbegriff für Struktur + Textur. Es ist ein Indiz für die bei der Gesteinsbildung 

herrschenden physikalischen und chemischen Umgebungsbedingungen. 

Je nach Grad der Metamorphose werden die ursprünglichen strukturellen Merkmale 

(z.B. Schichtung von Sedimentgesteinen) teilweise oder völlig überprägt. Die 

Metamorphose kann zu einer Homogenisierung und Verfestigung (z.B. Gneise aus 

Magmatiten oder Sedimentiten) aber auch - besonders bei Gesteinen mit hohen 

Anteilen an Glimmern, Graphit oder Tonmineralen - zu einer Anisotropie im 

Verformungs- und Festigkeitsverhalten führen. 

5.5.1 Struktur 

Alle Metamorphite sind holokristallin (=vollkristallin). Ihre Struktur ist der Oberbegriff für 

Form, Größe und gegenseitige Abgrenzung der einzelnen Minerale: 

- fein- oder grobkristallin 

- gleich- oder ungleichkörnig 

- klastisch (tektonische Trümmerstrukturen, z.B. Mylonit) 

5.5.2 Textur 

Textur ist die räumliche Anordnung der Mineralkörner im Gestein. Häufige Texturen der 

Metamorphite sind: 

(a)massig, richtungslos z.B. Marmor, Quarzit 

(b) schiefrig z.B. Glimmerschiefer 

(c) gebändert, lagig z.B. Bändergneis 

(d) linear, gestreckt 

Abb. 5.2 Texturmerkmale von Metamorphiten 

Schieferung ist eine typische Gefügeeigenschaft metamorpher Gesteine ("kristalline 

Schiefer"). Die Paralleltextur der Schichtsilikate (z.B. Glimmerschiefer) entsteht nicht 

primär durch Schichtung sondern sekundär durch den Druck auf das Gestein während 

der Metamorphose.

Tab. 5.2: Bautechnisch bedeutende Metamorphite 

Name 

Quarzit 

Marmor 

Phyllit 

Glimmerschiefer 

Gneis 

Farbe 

weiß, grau 

weiß-grau 

(alle 

Färbungen 

möglich) 

graugrün, 

seidigglänzend 

grau 

grau, rötlich 

Hauptminerale 

Quarz, 

(Serizit, 

Feldspat) 

Kalkspat, 

(Silicatminerale) 

Feinschuppiger 

Glimmer,, 

Quarz 

Quarz, 

Glimmer, 

(Feldspat) 

Quarz, 

Feldspat, 

Glimmer 

Korngefüge 

granoblastisch, 

grobkörnig bis 

dicht, geschiefert 

granoblastisch, 

mittel-, grobkörnig, 

gut bis 

nicht geschiefert 

feinkörnig, stark 

geschiefert 

lepidoblastisch, 

grobkornig, gut 

geschiefert 

granoblastisch 

(lagenweise 

Anordnung der 

Glimmer), 

grobkörnig 

Technische 

Merkmale 

sehr hart, 

widerstandsfähig, 

spröde, oft massig 

gut polierfähig 

weich, oft stark 

geklüftet, oft 

frostveränderlich 

mittelhart 

gebankt, trotz 

verbreiteter massiger 

Ausbildung 

anisotropes 

Verhalten 

einaxiale 


[N/mm 2 ] 

150 - 500 

80 - 180 

bis 50 

bis 100 

150 - 280 

Rohdichte 

[g/cm 3 ] 

2,7 - 2,8 

2,65 - 2,85 

2,6 - 2,8 

2,6 - 2,8 

2,65 - 3,0 

Verwendung 

Schotter, Splitt, 

Packlage, 

(Pflaster) 

Innenarchitektur, 

Verblender 

Schüttmaterial 


Packlage, 

Pflaster, 

Bausteine 

aller Art 

5.7 Bautechnisch bedeutende Metamorphite 

Grünschieferfazies ist eine Sammelbezeichnung für metamorphe Gesteine der Epizone, 

die durch Gehalte an Epidot, Chlorit und anderen grünen Mineralien ausgezeichnet 

sind; sie entstehen meist aus Gabbros oder anderen basischen Gesteinen. 

Fazies ist die Gesamtheit der Merkmale eines Gesteins. Mineralogisch wichtig ist die 

metamorphe Fazies, die durch die Vergesellschaftung der Mineralien im Gestein eine 

Einordnung des Gesteins in bestimmte Metamorphosebereiche erlaubt. 

5.6 Fazies 



5.8 Übungen zu Kap. 5 (siehe auch Kap. 3.7) 

Ü 5.1 Wodurch unterscheiden sich die baugeologischen Eigenschaften des metamorphen 

Gesteins Gneis qualitativ von denen des Tiefengesteins Granit? 

Ü 5.2 (a) Was ist Metamorphose, wo tritt sie auf? 

(b) Was ist ein Quarzit, was ein Marmor, aus welchen Ausgangsgesteinen 

entstehen sie? 


Anatexis: Endstufe der Metamorphose mit teilweiser Aufschmelzung des Gesteins. Bei 

weiterer Temperaturerhöhung treten eine vollständige Wiederaufschmelzung des Gesteins 

und die Bildung von Magma ein (Palingenese) ein. 

Orthogesteine: (veraltete) Bezeichnung für metamorphe Gesteine mit magmatischen 

Ausgangsmaterialien 

Paragesteine: (veraltete) Bezeichnung für metamorphe Gesteine mit nicht-magmatischen 

Ausgangsmaterialien 

Schieferung: (Foliation). Makroskopisch im Wesentlichen parallel gerichtetes, engständiges 

Flächengefüge mit meist eingeregelten Mineralneubildungen. Charakteristische 

Gefügeeigenschaft der metamorphen Gesteine durch die Paralleltextur der Schichtsilikate 

(z.B. Glimmerschiefer). 

Struktur: beschreibende Bezeichnung für die Merkmale der Form, Größe und 

gegenseitige Abgrenzung der einzelnen Gemengteile (z.B. glasig, gleich- oder 

ungleichkörnig, klastisch, konglomeratisch, brekziös, fein- oder grobkristallin, porphyrisch). 

Indiz für die bei der Gesteinsbildung herrschenden physikalisch-chemischen Bedingungen. 

Struktur und Textur bilden das Gefüge eines Gesteins 

Textur: geometrische (räumliche) Anordnung der Mineralkörner in einem Gestein (z.B. 

richtungslos, geschiefert, gebändert, fließend, porig)


6. SEDIMENTGESTEINE 

(klastische, chemische und biogene Sedimente) 

Die Sedimentgesteine entstehen im Kreislauf der Gesteine durch 

Verwitterung -> Abtragung (Erosion) -> Transport und Sortierung - > 

Ablagerung (Sedimentation) -> Verfestigung (Diagenese). 

Ein primäres Gefügemerkmal der Sedimentgesteine ist daher in den meisten Fällen 

eine Schichtung in Lagen mit unterschiedlichen Kornarten und -größen. 

Abb. 6.1 Sedimentgesteine und ihre Vorkommen (Siever & Press, 2003) 

6.1 Einteilung der Sedimentgesteine 

Nach der Art der Entstehung (Genese) werden die Sedimentgesteine in klastische, 

chemische und biogene Sedimente eingeteilt. 

Klastische Sedimente Chemische Sedimente Organogene Sedimente 

Festland 

Kies, Sand, Schluff, Ton Süßwasserkalk CaCO3 Süßwasserkalk z. T. CaCO3 

Fließendes Wasser (Gesteinsbruchstücke, 

Quarz, Tonminerale u.a.) 

Travertin CaCO3 

Teiche und Seen Sand, Schluff, Ton (Quarz, Travertin CaCO3 

Tonminerale) 

Seekreide CaCO3 

Travertin z. T. CaCO3 

Faulschlamm 

(Kohlenstoffverbindungen 

mit Ton) 

Moore - Raseneisenerz Torf, Braunkohle 

Fe(OH)3 

+ Quarz 

(Kohlenstoffverbindungen) 

Wind (Wüste, Steppe) Dünensand (meist Quarz) 

Löss (Quarz, Tonminerale, 

Feldspat, Kalk) 

- - 

Eis (Gletscher) Geschiebemergel 

Bänderton 

Sand 

- - 

Meer Kies, Sand, Schluff, Ton Kalkstein CaCO3 Kalkstein z. T. CaCO3 

(Gesteinsbruchstücke, 

Quarz, Tonminerale u. a.) 

Dolomit CaMg(CO3)2 

Gips CaSO4 2 H2O 

Anhydrit CaSO4 

Steinsalz NaCl 

Kalisalze KCl u. a. 

(Riffkalke u. a.) 

Tab. 6.1 Einteilung der Sedimente nach Entstehungsart und –ort


6.2 Klastische Sedimente (mechanische Sedimente, Trümmergesteine) 

Klastische Sedimente sind aus den mechanisch zerkleinerten Bruchstücken älterer 

Gesteine aufgebaut. 

6.2.1 Grobkörnige Trümmergesteine 

- Korndurchmesser > 2mm 

- "Kies" Lockergestein 

- "Konglomerat", "Brekzie" mit gerundeten Geröllen, mit eckigen Gesteinsbrocken 

6.2.2 Mittelkörnige Trümmergesteine 

- Korndurchmesser 2 - 0.06 mm 

- "Sand" Lockergestein 

- "Sandstein" Festgestein 

- Quarzsandstein, Kalksandstein 

- Arkosesandstein, Grauwacke 

- kalkiger, kieseliger, toniger Sandstein 

6.2.3 Feinkörnige Trümmmergesteine 

- Korndurchmesser < 0.06 mm 

"Schluff, (Silt, Siltstein)“, "Ton", "Schieferton, Tonschiefer"; 

"Bentonit" (stark quellfähig) 

Ältere 

wissenschaftl.Bezeichnung 

Psephite > 63 

Korndurchmesser 

[mm] Gesteinsart 

63-20 

20-6 

6-2 

Psammite 2-0,6 

0,6-0,2 

0,2-0,06 

Pelite 0,06-0,02 

0,02-0,006 

0,006-0,002 

< 0,002 

Geröll, Steine 

Grobkies 

Mittelkies 

Feinkies 

Grobsand 

Mittelsand 

Feinsand 

Grobschluff 

Mittelschluff 

Feinschluff 

Ton 

Lockergesteine 

Gesteinsunterarten 

(nach Bildungsart) Gesteinsart 

Flussschotter 

Strandgeröll 

Flussschotter 

Standgeröll 

Flusssand 

Dünensand 

Seifensand 

Geschiebelehm 

Löss 

Bänderton 

Auelehm 

Festgesteine 

(mit Bindemittel verkittet) 

Konglomerat 

Sandstein 

Schluffstein 

Tonstein 

Tab. 6.2 Einteilung der klastischen Sedimentgesteine nach Korngröße 

Gesteinsunterarten 

Brekzie 

Grauwacke 

Quarzit 

Grauwacke 

Arkose 

Grauwacken- 

schiefer 

Tonschiefer


Abb. 6.2 Körnungslinien der Lockergesteine 

6.3 Chemische Sedimente (Rückstands- und Ausfällungsgesteine) 

Chemische Sedimente sind durch chemische Umwandlung von Gesteinen entstanden. 

In den meisten Fällen sind sie diagenetisch zu Festgesteinen mit kristallinem Gefüge 

umgewandelt (z.B. Kalkstein. Gips, Steinsalz). 

6.3.1 Rückstandsgesteine (Residuate) 

Unlösliche Reste der chemischen Verwitterung: Böden 

6.3.2 Ausfällungsgesteine (Präzipitate) 

Ausfällungsgesteine sind anorganische Feststoffausfällungen aus übersättigter Lösung 

(meistens Karbonate) bei Verringerung des Kohlensäuregehaltes (CO 2-Verbrauch) 

- kalkige Gesteine Hauptbestandteil Ca CO 3 

- Kalksand, Kalkstein (auslaugungsgefährdeter Baustoff) 

- Mergel, Mergelstein 

- dolomitische Gesteine Hauptbestandteil Ca Mg (CO 3 ) 2 

- Dolomit 

- dolomitischer Kalkstein, dolomitischer Mergelstein 

Karbonatgesteine mit Tonanteilen zwischen 25% und 75% heißen "Mergelsteine". 

6.3.3 Oxidgesteine (Oxidate) 

Feststoffausfällungen unter Einwirkung von Sauerstoff (z.B. Eisen-Oolith)


6.3.4 Eindampfungsgesteine (Evaporite) 

Ausscheidungen bei Wasserverdunstung aus Lösungen (Verdunstung von See- oder 

Meerwasser) bei relativ hohen Temperaturen, warmem Klima, geringem Niederschlag 

und zeitweiser Sperre des Wasserzuflusses (z.B. Lagune, Barre). 

- Sulfatgesteine Hauptbestandteil Ca SO 4 

- Anhydrit Ca SO 4 (bei Wasserzutritt quellfähig) 

- Gips Ca SO 4 * 2 H 2O (wasserlöslich) 

- Chloridgesteine 

- Steinsalz Na Cl 

- Kalisalz (Sylvin) K Cl 

- Carnallit K Cl * Mg Cl 2 * H 2O 

6.4 Biogene Sedimente (kalkig, kieselig, bituminös) 

Biogene Sedimente sind vorwiegend durch die Hart- und Weichteile von abgestorbenen 

Organismen aufgebaut. 

- kalkig-organogene Sedimente z.B. Kalkalgen Korallen, Riffkalk 

- kieselig-organogene Sedimente z.B. Kieselalgen, Kieselgur 

- bituminöse Sedimente z.B. Faulschlamm, Torf, Kohle, Anthrazit 

Anorganisch Organogen 

Eindampfungs- Gips (Anhydrit), CaSO4 2 H2O 

gesteine 

Steinsalz, NaCl 

(Evaporite) Kalisalz, KCl 

Ausfällungs- Kalkstein CaCO3 

Kalkstein CaCO3 

gesteine 

Oolithkalk 

Foraminiferenschlick 

Spatkalk 

Riffkalk 

Dichter Kalk 

Schillkalk (Schalentrümmer) 

Mergel (Ton und Kalk) 

Dolomit, CaMg(CO3)2 

Eisen- und Mangansedimente 

Bone bed (Knochentrümmer) 

Kieselige Sedimente 

Kieselige Sedimente 

Hornstein 

Kieselkalk (vorw. aus Schwamm- 

Kieselschiefer 

Nadeln) 

Radiolarite (aus Radiolarien) 

Kieselgur (aus Diatomeen) 

Kaustobiolithe Torf-Kohle (vorw. aus Pflanzen) 

Ölschiefer (vorw. aus Plankton) 

Erdöl, Erdgas (vorw. aus Plankton) 

Tab. 6.3 Gliederung der chemischen und biogenen Sedimentgesteine

Tab. 6.4 Bautechnisch bedeutende Sedimentgesteine 

Name 

witterungsbeständiger 

Sandstein 

witterungsempfindlicher 

Sandstein 

Schieferton 

Tonschiefer 

Kalkstein 

Dolomitstein 

Farbe 

alle Tönungen 

je nach 

Beimengung 

u.a. grauweiß, 

graubraun, 

rötlich 

dunkelgrau 

bis schwarz 

grau, gelb, 

braun 

grau 

Hauptminerale 

Quarz (Feldspat), 

(Glimmer) mit 

SiO2 

CaCO3 

Fe2O3 

Quarz (Glimmer), 

(Feldspat) mit Ton- 

Mergel-FeOOH 

Glimmer, Chlorit, 

Tonminerale 

Quarz 

Kalkspat 

Dolomitspat, 

Kalkspat 

Schichtung 

fein geschichtet bis 

gebankt, 

fein- bis grobkörnig 

feingeschichtet, dicht 

bis feinkörnig 

feingeschichtet und 

geschiefert, dicht 

massig, bankig bis 

feingeschichtet, 

dicht bis grobkörnig 

Technische Merkmale 

hart bis weich und 

bröckelig 

(je nach Bindemittelart 

und -typ) 

zerfällt bei Luft- und 

Wasserzutritt bzw. 

Frosteinfluss zu 

bindigem Lockermaterial 

weich bis mittelhart, 

witterungsempfindlich 

hart, gut teilbar, 

zusammenhängendes 

Glimmer-"gewebe" wirkt 

wasserabweisend, 

witterungsbeständig 

bearbeitbar, polierbar, 

dichte 

Abarten sind 

schlagempfindlich hart 

einaxiale 


[N/mm 2 ] 

30 - 180 

80 - 100 

20 - 30 

20 - 40 

80 - 180 

Rohdichte 

[g/cm 3 ] 

1,9 - 2,6 

2,7 - 2,8 

1,8 - 2,85 

Verwendung 

vielseitig 

verwendbarer 

Werkstein 


Schüttmaterial, 

Platten 

Schotter, Splitt, 

Baustein 

6.5 Bautechnisch bedeutende Sedimentgesteine 



6.6 Übungsaufgaben (siehe auch Kap. 3.7) 

Ü 6.1 (a) Woraus besteht Mergel? 

(b) Was ist ein Schluff, was ist ein Sand? 

Ü 6.2 (a) Was ist Diagenese, wodurch unterscheidet sich die Diagenese von einer 

Metamorphose? 

Ü 6.3 (a) Welche Bindemittel halten die festen Sedimentgesteine zusammen? 

(b) Wie anfällig sind diese Bindungen gegen Wasser? 

Ü 6.4 Wie unterscheidet man eine Brekzie von einem Konglomerat nach Struktur und 

Bildungsbedingungen? 


Boden: Anhäufung (Sedimente) von Gesteinspartikeln (Körner) verschiedener Größe 

und Beschaffenheit ohne chemische Kornbindung (Verkittung). Unterteilung: bindige 

Böden und rollige Böden 

Evaporite: chemische Sedimente: Gruppe der Salzgesteine. Salzlagerstättenbildung 

durch Eindampfung von Wasser in isolierten Buchten, Neben- oder Binnenmeeren 

Kalksinter: poröser, sehr lockerer Kalkstein, der sich um Pflanzenreste herum 

abgesetzt hat (z.B. Travertin) 

Kies: klastisches Lockergestein mit Korngrößen von 2 - 63 mm 

klastisch: Bezeichnung für Sedimente, die aus Bruchstücken anderer Gesteine 

gebildet sind (z.B. Gerölle, Gesteinsschutt) 

Konkordanz: ungestörte, parallel übereinander gelagerte Schichtung von Gesteinen. 

Gegensatz: Diskordanz 

Konkretion: knollenförmige Mineralanreicherungen in Sedimentgesteinen, die ganz 

vom Nebengestein eingeschlossen sind (z.B. Feuerstein, Drusen) 

Lehm: stark mit Sand vermischter, meist kalkarmer Ton; wegen des Eisenoxydgehaltes 

oft gelblichbraun bis braun gefärbt 

Letten: grauer, oft sandiger Ton mit geringem Kalkgehalt, der Spalten und Klüfte füllt 

marin: im Meer entstanden; z.B. Sedimente wie Evaporite, Muschelkalk, Kreide 

Mergel: Kalksteine mit hohen Tongehalten, die nur wenig verfestigt sind 

Sand: klastisches Lockergestein aus überwiegend Quarzkörnern mit Korngrößen von 

0.02 - 2 mm; weitere Einteilung in Fein-, Mittel- und Grobsand


Schichtung: Typisches Gefügemerkmal der Sedimentgesteine; sie entsteht durch 

unterschiedliche Ablagerungsbedingungen und bewirkt unterschiedliche Festigkeitseigenschaften, 

Farben usw. der einzelnen Schichten 

Schluff: Lockergestein mit Korngrößen von 2 - 60 µm 

Sedimentgesteine: fein- bis grobkörnige Verwitterungsprodukte, die z.B. durch 

Wasser, Gletscher oder Wind transportiert und danach wieder abgesetzt worden sind. 

Sie können locker (z.B. Sand, Kies) oder fest (z.B. Kalkstein, Sandstein) sein. Sie sind 

oft geschichtet und können Überreste von Tieren und Pflanzen (Fossilien) enthalten. 

Sieblinie: Logarithmische Auftragung des Siebdurchganges über dem 

Korndurchmesser; sie charakterisiert den Kornaufbau eines Bodens 

terrestrisch: auf dem Festland entstanden; z.B. Dünen oder Bergsturzmassen 

Ton: klastisches Lockergestein mit Korngrößen < 2 µm, bei Wasseraufnahme quellfähig 

Toneisenstein: Konkretionen von Eisenoxyden in Tongesteinen 

Tonschiefer: durch Druck verfestigter und geschieferter Ton. Schieferton ist weniger 

verfestigt. 

Zement: meist kristallines Bindemittel zwischen den Sedimentkörnern aus Calcit 

(CaCO 3 ), Quarz (SiO 2 ) oder Eisenoxyden (Fe 2 O 3 )


7. ENTSTEHUNG UND KLASSIFIKATION VON LOCKER- UND 

FESTGESTEINEN 

Die Sedimentgesteine sind Produkte von Verwitterung, Abtragung, Transport und Sedimentation, 

deren Ursache die exogene Dynamik der Erde mit Sonne, Wind und Wasser 

ist. 

7.1 Klima als Motor der Gesteinsbildung 

- exogene Dynamik: 

Thermodynamik der Atmosphäre (Hoch- und Tiefdruckzonen) 

Hydrodynamik der Ozeane (globale Meeresströmungen) 

- Wind, Niederschläge, Wasserkreislauf: 

humides, semi-arides, arides Klima (erdgeschichtlich veränderlich) 

Abb. 7.1: Schema der Windzirkulation und Niederschlagsverteilung auf der Erde


Abb. 7.2: Faktoren der Verwitterung und Bodenbildung in einem Profil 

vom Pol zum Äquator 

7.2 Verwitterung 

7.2.1 Physikalische Verwitterung 

- Temperaturänderungen, Frostverwitterung 

- Salzsprengung, Umkristallisation, Quellung 

Abb. 7.3: Physikalische Verwitterung: 

Abhängigkeit der Böschungsneigung von der Gesteinsart 

(Press & Siever, 1995)


Abb. 7.4: Physikalische Verwitterung 

a. unverwitterter Kluftkörper 

b. kantengerundeter Kluftkörper 

c. gerundeter Block in Ursprungslage 

d. abgestürzter Block 

e. in Verwitterungsschutt eingebetteter Block 

f. Geröll 

g. Verwitterungsschutt -> Bodenbildung 

7.2.2 Chemische Verwitterung 

- Lösung, Oxidation, Hydrolyse, Kohlensäureverwitterung 

Abb. 7.5: Auslaugung eines Salzstockes mit Einsturztrichter des Deckgebirges


Abb. 7.6: Karst-Erscheinungen 

1. Karstquelle 5. Spaltenhöhle 

2. Flussversickerung 6. Erdfälle (Dolinen) 

3. unterirdischer Fluss 7. Überdeckung 

4. Tropfsteinhöhle 8. verstürzte Karsthohlräume 

7.2.3 Biogene Verwitterung 

Gesteinsauflockerung durch Organismen und Pflanzen: Fäulnis, Zersetzung 

7.2.4 Verwitterungsprodukte (Lockergesteine, Hangschutt, Humus, Torf) 

Feste Gesteine haben i.Allg. ein massives, festes Gefüge und erfahren unter Wassereinfluss 

kurzzeitig weder chemisch noch physikalisch eine Veränderung. Sie zeichnen 

sich durch folgende Eigenschaften aus: 

- relativ hohe Kohäsion 

- meist fester Raumgitterbau der Minerale 

- geringere Wasserlöslichkeit als Kalk 

- längerfristige Volumenbeständigkeit gegenüber klimatischen Einflüssen 

Exogene oder endogene Prozesse können aus ursprünglich festen Gesteinen veränderlich-feste 

Gesteine erzeugen: 

- Verwitterung unter Bildung sekundärer Mineralien, z.B. Kaolinisierung von 

Feldspäten 

- Freilegung von wasser- und luftunbeständigen Gesteinseinschlüssen 

- zerstörerische tektonische Einwirkung auf das Gesteinsgefüge (z.B. Mylonitisierung) 

- Veränderliche Gesteine verlieren an Festigkeit durch Berührung, Zersetzung und 

Lösung mit Wasser


Zu den Lockergesteinen zählen die nichtbindigen Sedimentgesteine (z.B. Blockschutt, 

Geröll, Kies, Sand), die sich durch geringe oder fehlende Kohäsion und relativ hohe 

Porositäten (>25%) auszeichnen, sowie die bindigen Lockergesteine (Ton, Löss). 

Bezeichnung Merkmal Gestein Merkmal Gebirge 

unverwittert Unverwittert, frisch, kein Verwitterungseinfluss 

erkennbar 

angewittert Auf frischer Bruchfläche Verwitterung 

von einzelnen Mineralkörnern 

erkennbar (Lupe), 

beginnende Mineralumbildung 

und Verfärbung 

entfestigt Durch Verwitterungsvorgänge 

gelockertes, jedoch noch im 

Verband befindliches Mineralgefüge, 

meist in Verbindung 

mit Mineralumbildung, insbesondere 

mit und an Trennflächen 

zersetzt Noch im Gesteinsverband befindliches, 

durch Mineralneubildung 

verändertes Gestein 

ohne Festgesteinseigenschaften 

(z.B. Umwandlung von 

Feldspäten zu Tonmineralien, 

von Tonschiefer zu Ton) 

Abb. 7.7: Bodenbildung durch Verwitterung von Festgestein 

Beschreibung des Verwitterungsgrades von Fels 

Keine verwitterungsbedingte 

Auflockerung an Trennflächen 

Teilweise Auflockerung an 

Trennflächen 

Vollständige Auflockerung an 

Trennflächen 

Kluftkörper ohne Festgesteinseigenschaften


7.3 Erosion, Transport, Sedimentation 

7.3.1 Erosion (Abtragung) 

- Schwerkraft, Gletscher, Wasser 

Abb. 7.8: Entwicklung eines alpinen Gletschertals 

a. Vergletscherung Trogtal 

b. Trogtal mit seitlichen Hängetälern nach Gletscherschmelze 

c. teilweise Auffüllung des Trogtales durch alluviale Sedimente 

Abb. 7.9: Erosion und Sedimentation durch einen Fluss auf dem Festland 

a. Oberlauf: V-Tal mit Schichtrippen 

b. Mittellauf: Sohlental mit Mäander 

c. Unterlauf: Auental mit Mäander


Abb. 7.10: Schema eines Flussmäanders mit Prall- und Gleithängen 

7.3.2 Transport 

- Gletscher, Wasser, Wind 

- Teilchengröße und Strömungsgeschwindigkeit 

- Moränen, Oberflächenwasser, Karstwasser 

Abb. 7.11: Frachtvermögen des fließenden Wassers als Funktion von Korngröße und 

Strömungsgeschwindigkeit (Hjulström-Diagramm)


Wasser Eis Wind 

Bewegung rasch, laminar – turbulent 

Transport rollend, Größe je 

nach Wassergeschwindigkeit, 

Auslese nach Härte 

Typische 

Sedimente 

Formen in der 

Landschaft 

und Gestalt 

Kies, runde Komponenten, 

stark sortiert, 

Sand, Schrägschichtung 

Rinnen, Canyons, 

V-Täler, Schwemmlandschaft,Terrassen, 

Deltas 

langsame, zähe 

Fließbewegung 

schiebend, keine 

Auslese nach Härte 

und Korngröße 

Moräne, unsortiert, 

feine und grobe 

Korngrößen nebeneinander, 

locker, geschrammteGeschiebe, 

Fehlen der 

Schichtung 

Tab. 7.1: Transportmittel bei der Verwitterung 

7.3.3 Sedimentation (Ablagerung) 

- Sortierung, Kumulation 

- Schichtung 

Rundhöcker, ältere 

Formen abgeschliffen 

und überprägt, U- 

Täler, Moränenhügel, 

Toteisdellen 

stoßweise wehend, 

unregelmäßig, flä- 

chenhaft arbeitend 

feiner Staub kann 

über riesige Entfernungen 

verfrachtet 

werden 

Flugsand, Löss, Verbreitung 

bedeutend, 

bestimmte Korngrößen 

(60-70 Gew.-% 

aus Korngrößenbereich 

0,1- 0,02 mm) 

Unzahl von Kleinformen 

in der Wüste 

durch Ausblasung 

und Ausschleifen, 

Dünen, Lössdecken 

Abb. 7.12: Längsschnitt durch einen Flussdeltakegel: Schrägschichtung 

Abnahme der Korngröße mit zunehmendem Transportweg


Abb. 7.13: Sedimentäre Abschnitte des Gesteinskreislaufs (Press & Siever, 2003)


7.4 Ansprache von Locker und Festgesteinen 

7.4.1. Unterteilung von Locker- und Festgesteinen 

Definition: Festgesteine weisen atomare Bindungskräfte zwischen den einzelnen 

Kristall- und Materialkörnern auf (echte Kohäsion). Festgestein wird auch 

als Fels bezeichnet. 

Lockergesteine besitzen keine echte Kohäsion. Treten intergranulare 

Bindungskräfte auf, beruhen sie auf Bindungskräften des Wassers (kapillare 

Kohäsion). Lockergestein wird auch als Boden bezeichnet. 

Veränderliche, pseudofeste Gesteine sind Gesteine, deren atomare 

Bindungskräfte so schwach sind, dass sie bei 24-stündiger Wasserlagerung 

mehr als 20% ihrer Masse durch Zerfall verlieren. 

Tiefengesteine 

oder 

Plutonite 

Granite 

Syenite 

Diorite 

Gabbros 

nicht bindig 

Steine 

Kiese 

Sande 

Magmatische 

Gesteine 

Ganggesteine 

oder 

Subvulkanite 

Lamprophyre 

Aplite 

Ergussgesteine 

oder 

Vulkanite 

Basalte 

Rhyolithe 

Andesite 

Festgesteine 

Trümmergesteine 

Brekzien 

Konglomerate 

Grauwacken 

Sand- u. Tonst. 

Metamorphe Gesteine 

Gneise, Schiefer, Phylite, Serpentinite, Quarzite, Marmor 

Verfestigte 


Chemische 


Kalke 

Dolomite 

Mergel, Salz, 

Gips, Anhydrit 

Abb. 7.14: Untergliederung der Festgesteine 

Mineralische 

Ablagerungen 

schwach 

bindig 

Schluffe 

tonige, lehmige 

oder mergelige 

Sande 

stark 

bindig 

Tone 

Lehme 

Mergel 

Lockergesteine 

gemengte: 

anmoorige 

Sande und 

Lehme 

Humusböden 

Organische 

Ablagerungen 

reine: 

Moore 

Torfe 

Organische 

Ablagerungen 

Braun- und Steinkohlen, 

Anthrazite 

Stinkkalke 

Ölschiefer 

Faulschlammhaltige 

Ablagerungen 

Mudden 

faulschllammhaltige 

Sande 

und Tone


Abb. 7.15: Untergliederung der Lockergesteine 

7.4.2. Benennung und Beschreibung von Bodenarten 

Lockergesteine werden nach ihrer Körngröße eingeteilt und benannt. 

Benennung 

Fels, allgemein 

Kurz- 

zeichen 

Korn-Ø 

[mm] 

Blöcke Y - 

Steine X > 60 

Erkennung 

Z - kompakte Kluftkörper im Verband 

einzelne kompakte Kluftkörper nicht im Verband (größer 

Kopfgröße) 

einzelne kompakte Kluftkörper nicht im Verband (größer 

Hühnerei) 

Kies G 2 – 60 kleiner Hühnerei, größer Streichholzkopf 

Sand S 0,06 – 2 kleiner Streichholzkopf bis Grenze der Sichtbarkeit 

Schluff U 

0,02 – 

0,06 

niedrige Trockenfestigkeit 

Ton T < 0,02 hohe Trockenfestigkeit 

Tab. 7.2: Benennen und Beschreiben von Bodenarten nach DIN 4022 

Die in Tab. 7.2 genannten Bodenarten Kies, Sand, Schluff und Ton kommen in der Natur 

nur selten ohne Beimengungen vor. Man spricht dann von gemischtkörnigen Böden. 

Attribute der Benennung Kurzzeichen 

Haupt-Bodenart G, S, U, T 

Beimengungen g, s, u, t 

Attribut "grob" gG, gS, gU 

Attribut "mittel" mG, mS, mU 

Attribut "fein" fG, fS, fU 

Nebenanteil "schwach" < 15% g´, s´, u´, t´ 

Nebenanteil "stark" > 30% g , s, 

u, 

t 

Tab. 7.3: Attribute der Benennung von gemischtkörnigen Bodenarten nach DIN 4022


Tab. 7.4: Kurzformen, Zeichen, und Farbkennzeichnungen für Bodenarten nach 

DIN ISO 14688-1


Tab. 7.5: Beispiele von Kurzformen, Zeichen, und Farbkennzeichnungen für gemischtkörnige 

Boden- und Felsarten nach DIN ISO 14688-1 

Abb. 7.16: Beispiel für die Darstellung von Bohrprofilen (E DIN 4023:2004-09)


Boden Benennung Kurzzeichen Zeichen 

A 

B 

C 

D 

E 

F 

Abb. 7.17: Übung zur Benennung von Bodenarten 

7.4.3 Benennung und Beschreibung von Felsarten 

- Ansprache von klastischen Sedimentgesteinen 

Klastische Sedimentgesteine (Trümmergesteine) werden nach der Bodenart angesprochen, 

aus der sie durch Verfestigung entstanden sind: 

aus Ton wird Tonstein (Tst) 

aus Schluff wird Schluffstein (Ust) 

aus Sand wird Sandstein (Sst) 

aus Kies wird Konglomerat (Gst)


Wie bei den Bodenarten kommen auch bei den Sedimentgesteinen in der Natur Gemenge 

verschiedener Korngrößengruppen vor. Weiterhin ist bei allen Festgesteinen der 

Verwitterungszustand von großer bautechnischer Bedeutung. Tabelle 7.6 zeigt die Attribute 

der Benennung des Verwitterungszustandes mit jeweiligen Kurzzeichen 

Attribute der Benennung Kurzzeichen 

Felsarten Gst, Sst, Ust, Tst 

leichte Verwitterung (Gst),( Sst), (Ust), (Tst) 

starke Verwitterung ((Gst)),(( Sst)), ((Ust)), ((Tst)) 

völlige Zersetzung Kurzzeichen für Bodenarten 

nicht bekannte oder nicht benannte Felsart 

bedeutungsvolle und bekannte Felsart Kst, Mst, Ma (siehe Tab 3, DIN 4023) 

Tab. 7.6: Attribute der Benennung von klastischen Sedimenten nach DIN 4022 

- Ansprache von Magmatiten, Metamorphiten und nicht klastischen Sedimenten 

Die Ansprache von Magmatiten, Metamorphiten und nicht klastischen Sedimenten ist in 

den Kapiteln 4 bis 6 dargestellt und erfordert z. T. aufwändige geologische und mineralogische 

Untersuchungen. 

- Trennflächengefüge im Fels 

Die bautechnischen Eigenschaften von Festgesteinen werden maßgeblich vom vorhandenen 

Trennflächengefüge (Schicht-, Schieferungs- und Kluftflächen) mitbestimmt. 

Gestein - Gebirge 

Definitionen: 

Gestein ist charakterisiert durch seine Mineralvergesellschaftung. 

Gebirge ist die Erscheinungsform des Gesteins in der Natur, gekennzeichnet durch die 

Mineralvergesellschaftung und das Trennflächengefüge. 

Gesteinsfestigkeit = Substanzfestigkeit 

Gebirgsfestigkeit = Verbandsfestigkeit 

Z


Abb. 7.18: Räumliche Darstellung eines 

mehrscharig durchtrennten 

Felskörpers 

Abb. 7.19: Typen von Kluftkörperverbänden 

a) → d): Zunahme der 

Materialbrücken 

Abb. 7.20: Schematische Klassifizierung einer Gesteinsmasse nach dem Grad seiner 

Zerlegung (nach L. Müller) 

a) Einkörpersystem (nicht geklüftet) c) Vielkörpersystem (durchklüftet) 

b) Mehrkörpersystem (angeklüftet) d) Vielkörpersystem des Locker- 

gesteins 

- Ebener Kluftflächenanteil κe 

Fk 

κ e = 

F 

ges 

Abb. 7.21: Ebener Kluftflächenanteil κe Darstellung an drei orthogonalen Kluftscharen 

(K1, K2, K3)


Prinzipieller Zusammenhang zwischen Klüftung und Gebirgsfestigkeit (nach L. Müller) 

Abb. 7.22: Abhängigkeit der Gebirgsfestigkeit vom ebenen Kluftflächenanteil und von 

der Klüftigkeit 

Abb. 7.23: Abhängigkeit der Gebirgsfestigkeit von der Klüftigkeit und der Verwitterung 

- Homogenität – Inhomogenität und Isotropie - Anisotropie 

Homogenität 

Ein Körper ist in einem Betrachtungsbereich homogen, wenn seine Eigenschaften ortsunabhängig 

sind. Repräsentative Teilbereiche sind beliebig austauschbar, ohne das 

Gesamtgefüge statistisch zu verändern.


Isotropie 

Ein Körper ist in einem Betrachtungsbereich isotrop, wenn die betrachtete physikalische 

Eigenschaft in jedem Punkt richtungsunabhängig ist. 

Betrachtungsbereich 

Abb. 7.24: Betrachtungsbereich


a) 

b) 

Abb. 7.25: Homogenität - Inhomogenität und Isotropie – Anisotropie (nach Wittke, 1984) 

a) homogen und isotrop, d. h. gleichmäßig und richtungslos (z. B. Porphyr) 

b) homogen und flächig anisotrop, d. h. gleichmäßig und richtungsabhängig 

(z. B. Gneis) 

c) homogen und linear anisotrop, , d. h. gleichmäßig und richtungsabhängig 

(z. B. Säulenbasalt) 


Ü 7.1 Welche Hauptursachen der Verwitterung kennen Sie? 

Ü 7.2 Beschreiben Sie die verschiedenen Arten der chemischen Verwitterung, 

wie wirken sich diese Vorgänge auf den Baugrund aus (Stichwort: Karst)? 

Aus welchen Regionen Deutschlands sind entsprechende Baugrundprobleme 

bekannt? 

Ü 7.3 Wodurch unterscheiden sich Locker- von Festgesteinen? 

Ü 7.4 In welche Kornfraktionen werden die klastischen Sedimente Kies, Sand, 

Schluff und Ton untergliedert? 

Ü 7.5 Welches sind die Hauptursachen für Talbildungen? 

Ü 7.6 Nennen Sie verschiedene Transportmittel der Abtragung und deren 

typische Sedimentarten. Wie unterscheiden sich die Sedimente 

hinsichtlich Kornform, Korngröße und Sortierung? 

Ü 7.7 (a) Wie sind fluviatile Talform, Schleppkraft und transportierte 

Korngröße miteinander verknüpft? 

(b) Was sind Mäander, wie entstehen Altwasserarme und Umlaufberge? 

Ü 7.8 Wodurch unterscheiden sich fluviatile Sedimente von glaziogenen in den 

baugeologischen Eigenschaften? 

Ü 7.9 Was sind (a) Geschiebemergel und (b) erratische Blöcke? 

(c) Welche geotechnischen Probleme können sie bereiten? 

Ü 7.10 Was versteht man unter einem aggressiven Wasser? 

c)


Ü 7.11 Nennen Sie chemische Sedimentgesteine, die im Grundwasser 

(a) leicht löslich, (b) schwer löslich sind. 

Ü 7.12 Warum eignet sich Marmor als Ornamentenstein besser als Kalkstein? 

Ü 7.13 Welche Lockergesteine sind als Baugrund (a) gut, (b) schlechter 

geeignet? Warum? 

Ü 7.14 Beim Neubau einer Autobahn wurde ein Tunnel in veränderlich-festem 

Schiefergestein aufgefahren. Da sich das Gebirge beim Sprengvortrieb 

als standfest erwies, beschloss man, das Aushubmaterial für eine Dammschüttung 

in der Fortsetzung der Fahrbahntrasse zu verwenden. Diese 

zeigte sich in der Folgezeit als nicht tragfähig. Wie lässt sich das erklären? 

Ü 7.15: Was ist der Unterschied zwischen Gestein und Gebirge? 

Ü 7.16: Benennen Sie die in den Kornverteilungslinien in Abb. 7.16 dargestellten 

Bodenarten! 

Ü 7.17: Was versteht man unter bindigen und nicht-bindigen Böden? 

Ü 7.18: Welche Faktoren bestimmen maßgeblich die Festigkeit von geklüftetem 

Fels? 


Abrasion: Abtragung von Meeresküsten durch Brandung und Sturmfluten (Kliffbildung) 

äolisch: vom Wind verursacht (z.B. Löss, Dünen mit Luv- und Leeseite) 

arid: wüstenhaft (z.B. heißes, trockenes Klima); Gegenteil: humid 

Blockwerk: Ansammlung von Gesteinsbruchstücken in Größen bis zu mehreren Metern 

Boden: Anhäufung (Sedimente) von Gesteinspartikeln (Körner) verschiedener Größe 

und Beschaffenheit ohne chemische Kornbindung (Verkittung). Unterteilung: bindige 

Böden und rollige Böden 

Canyon (Cañon): steilwandiges, tief eingeschnittenes, nach unten schluchtartig verengtes 

Flusstal; es bildet sich vor allem dort, wo reißende Flüsse aus regenreichen Gebirgen 

ein Trockengebiet durchfließen (z. B. Grand Canyon des Colorado River) 

Delta: Mündungsgebiet eines Flusses mit einem Netz von Flussarmen, das sich durch 

fortwährende Ablagerung von Sedimentschichten in das Meer oder in einen See hinein 

erweitert (z.B. Rhein-, Donau-, Nil-, Ganges-, Mississippi-, Amazonas-Delta) 

Doline: Auslaugungshohlraum oder Einsturztrichter in Karstgebieten


endogene und exogene Dynamik: Die endogenen Energien, die zur Umgestaltung der 

Erde und ihrer Gesteine führen, stammen aus dem Inneren der Erde. Dagegen haben 

die exogenen, auf die Erde einwirkenden Energien einen kosmischen Ursprung: Klima, 

Wetter und Gesteinsverwitterung werden vorrangig von der Sonne gesteuert. 

Erosion: Abtragung und Einebnung der Erdoberfläche durch Verwitterung und Abtransport 

des Gesteins: fluviatile E., marine E., glaziale E., äolische E., anthropogene E. 

fluviatil: mit einem Fluss zusammenhängend, z.B. fluviatile Erosion; fluvio-glazial: mit 

Gletscherwasser zusammenhängend, z.B. fluvio-glaziale Sedimente 

Fjord: tief in das Land eingreifender Meeresarm, entstanden aus ehemaligem Flusstal, 

das während der Eiszeiten von Gletschern zu einem Trogtal umgestaltet worden ist 

Geest: langwellige, eiszeitlich geprägte Aufschüttungslandschaft aus trockenen Sandböden 

mit Heide, feuchten Wiesen und Mooren (z.B. Norddeutschland) 

Geröll: durch fluviatilen oder marinen Transport gerundete klastische Sedimente: z.B. 

Fluss-Schotter, eiszeitliche Geschiebe mit erratischen Blöcken (Findlinge) 

glazial: eiszeitlich; z.B. glaziale Erosion, glaziale Landschaft (Moränen mit Findlingen) 

Gletscher: der Schwerkraft folgende, plastisch fließende, von Längs- und Querspalten 

durchzogene Eisströme in Hochgebirgen und Polargebieten 

humid (=feucht): im humiden Klima überwiegen die Niederschläge die Verdunstung; 

dort gibt es starke chemische Verwitterung und dauerhaft wasserführende Flüsse 

Korngrenze: Grenze zwischen den einzelnen miteinander verwachsenen Mineralkörnern; 

wegen der relativ geringeren Festigkeit setzt von dort her i.Allg. die Verwitterung 

ein 

Lehm: stark mit Sand vermischter, meist kalkarmer Ton; wegen des Eisenoxydgehaltes 

oft gelblich braun bis braun gefärbt 

Letten: grauer, oft sandiger Ton mit geringem Kalkgehalt, der Spalten und Klüfte füllt 

Löss: eiszeitlich-äolische Sedimente von ca. 10-50 µm feinen Quarz- und Tonpartikeln 

mit relativ hohen Kalkgehalten (8-20%); gelbgrau, porös; sie bilden fruchtbare und i.Allg. 

standfeste Böden 

Mäander: geschlängelte, halb- bis fast vollkreisförmige Windungen eines Flusses mit 

geringem Gefälle 

Marsch: aus Sand und Ton bestehende Anschwemmungen an flachen Gezeitenküsten; 

fruchtbare, schwierig bebaubare, weiche Böden (z.B. Niederelbe, holländische Nordseeküste) 

Moräne: von Gletschern transportierter und abgelagerter Schutt aus Sanden, Lehmen, 

Schotter und Gesteinsblöcken (Findlingen); unter dem Eis bildet sich die Grundmoräne, 

an den Rändern jeweils die Seitenmoräne und an der Spitze die Endmoräne


Oberlauf/Unterlauf: Der Oberlauf eines Flusses ist wegen des relativ großen Gefälles 

vorwiegend von Erosion geprägt. Mit wachsendem Transportweg und abnehmender 

Strömungsgeschwindigkeit werden die Korndurchmesser der Ablagerungen gegen den 

Unterlauf hin zunehmend feiner (vgl. Hjulström-Diagramm). 

Schichtstufenlandschaft: durch Erosion geprägte Landschaft mit Wechsel von steilen 

Gebirgsstufen und sanft geneigten Hängen (z.B. Schwäbische Alb) 

Schlucht: durch Tiefenerosion entstandene Talform mit fast senkrecht fallenden Hängen 

Schuttkegel: kegelförmig aufgeschüttete klastische Sedimente, z.B. in Flussdeltas 

Tafelberg: durch fluviatile Erosion entstehende Bergform mit horizontaler Oberfläche 

Trogtal (U-Tal): von Gletscherstrom umgeformtes ursprüngliches Flusstal (Kerb- oder 

V-Tal) 

Urstromtal: durch Schmelzwässer der eiszeitlichen Gletscher erzeugtes breites, flaches 

Tal mit Sand- und Schotterablagerungen (z.B. Elbe, Oder, Donau, Po) 

veränderlich feste Gesteine: verändern unter Wassereinfluss deutlich ihre Festigkeitseigenschaften 

in relativ kurzer Zeit 

Vergrusung: Mechanische Zerstörung des Gesteins durch Lockerung der Korngrenzen. 

Dabei entsteht der Gesteingsgrus als lockere Anhäufung eckiger Gesteinspartikel 

(z.B. Granitgrus). 

Verwitterung: An der Erdoberfläche durch exogene Kräfte (Sonneneinstrahlung, Frost, 

Wasser und Gase der Atmosphäre) verursachte Zerstörung und Umwandlung von Mineralien 

und Gesteinen. 

- physikalisch-mechanisch: Temperatur-V. (Insolation), Frost-V., Salz-V. 

- chemisch: durch Wasser, Salze, Säuren, Basen, CO 2 , O 2 usw. 

- biologisch: biologisch-physikalisch (z.B. mechanisch durch Pflanzenwurzeln) 

biologisch-chemisch: (z.B. Ätzung durch Humussäuren) 

Die Verwitterung ist der wichtigste bodenbildende Vorgang. Sie liefert auch das Ausgangsmaterial 

für die Sedimentgesteine und gestaltet die Morphologie der Landschaft.


8. ERDGESCHICHTE UND BAUGRUNDEIGENSCHAFTEN 

8.1 Erdgeschichtliche Epochen und geologische Formationen 

Das Präkambrium umfasst mit ca. 2,5 - 3,3 Milliarden Jahren den weitaus längsten 

Abschnitt der Erdgeschichte. Präkambrische Gesteine kommen vor allem in den sog. 

alten Schilden der Erde vor (Abb. 8.1). Darin wurden Erzlagerstätten von heute 

weltwirtschaftlicher Bedeutung gebildet. Das Kambrium lagert fast überall diskordanttransgressiv 

über dem präkambrischen Untergrund. 

Eine gut dokumentierte Geschichte des Lebens auf der Erde kann man erst vom 

Kambrium an schreiben (Tab. 8.1). Es gibt zwar auch ältere Anzeichen von Leben, 

doch lassen diese sich stratigraphisch nicht mehr auswerten. 

Bis tief in das Silur gibt es Leben nur im Meer. Während dieser Zeit besiedeln Pflanzen 

das feste Land, das damit den nachrückenden Tieren Nahrung bietet. Im Karbon 

erheben sich die ersten Insekten in die Luft. 

Die Evolution führt zu mehrzelligen Organismen. Wirbellose Tiere gibt es schon im 

Kambrium. Im Paläozoikum und Mesozoikum dominieren die Trilobiten, Graptolithen 

und Ammoniten. 

Im Silur treten die ersten Fische auf, mit denen der Bauplan der Wirbeltiere seine 

heutige Gestalt gewinnt. Von hier aus führt der Weg über die amphibischen 

Dachschädler zu den Reptilien, die bereits dem Landleben voll angepasst sind. Im 

Mesozoikum sind die Saurier im Wasser, auf der Erde und in der Luft weit verbreitet. 

Krokodile, Schlangen, Eidechsen, Lurche und Schildkröten sind heute deren 

Nachfahren. 

Von den Reptilien stammen zwei wichtige Tiergattungen ab: Die Vögel, die im Jura 

erscheinen und die Säugetiere. Die wichtigste Errungenschaft dieser Organismen ist die 

konstante Körpertemperatur. Jura und Kreide enthalten verschiedene Gruppen 

primitiver Säuger. Beuteltiere und Schnabeltiere sind Überreste davon, die sich in 

Australien bis heute erhalten haben. 

Am Ende der Kreidezeit erscheinen die ersten modernen Säuger. Ihre explosive 

Entfaltung beginnt nach dem Entstehen der bedecktsamigen Blütenpflanzen und 

unmittelbar nach dem Erlöschen der Saurier. 

Im frühen Tertiär sind alle heutigen Hauptgruppen der Säugetiere vorhanden. Raubtiere 

und Pflanzenfresser entwickeln sich aus primitiven Allesfressern. 

Der Mensch erscheint vor etwa 1 Million Jahren in Ostafrika. Seine nächsten 

Verwandten unter den Säugetieren sind die Affen. 

Im Holozän nimmt das Erdbild sein heutiges Aussehen an. Die vom Eis entlasteten 

Gebiete steigen z. T. auch heute noch auf (z.B. Skandinavien). Es werden meist lockere 

Schwemmsedimente abgelagert (Alluvium). Die vom Mensch unbeeinflussten 

Veränderungen in der Lebewelt sind seit Ende des Tertiärs nicht sehr einschneidend.

Känozoikum (Erdneuzeit) 

Mesozoikum (Erdmittelalter) 

Paläozoikum (Erdaltertum) 


Zeitalter Formation 

Quartär 

Tertiär 

Holozän 

(Alluvium, 

Gegenwart) 

Pleistozän 

(Diluvium, 

Eiszeit) 

Jungtertiär: 

Pliozän, Miozän 

Alttertiär: 

Oligozän, Eozän, 

Paleozän 

Dauer Alter 

in Mill. Jahren 

in Dtschld 

0,0015 

1-2 

60 

1-2 

Lebensentwicklung 

Pflanzen u. Tiere 

der Gegenwart 

arkt. Flora u. Fauna, 

Mammut, Höhlenbär, 

Auftritt des Menschen 

Herrschaft der 

Blütenpflanzen: 

schnelle und reiche 

Entfaltung der 

Säugetiere 

Geol. Vorgänge, 

insbesondere in 

Mitteleuropa 

Dünen, Marschen, 

Moore 

Vereisung N-Dtschlds u. 

d. Alpen, Urstromtäler, 

3 Wärmezwischenzeiten 

Alpen- und Karpaten- 

Auffaltung, Vulkanismus 

in Süd- u. Mitteldtschld., 

Bruchfaltung der 

mitteldtsch. 

Schollengebirge, 

Rheintalgraben 

Nutzbare Gesteine 

Torf, Kies, Sand, 

Lehm, Ton 

Mergel, Kies, 

Sand, Torf 

Braunkohlen, Stein- 

u. Kalisalze, 

Bernstein, Kaolin, 

Erdöl, Basalt, Kies, 

Sand, Ton 

Kreide 

Obere Kreide 

Untere Kreide 

65 

60 

125 

Ende d. Großsaurier 

und 

Ammoniten, 

Laubhölzer 

größte Meeres – 

ausdehnung, 

Beginn d. Alpenauffaltg. 

Quadersandstein, 

Schreibkreide, 

Plattenkalk, Deisterkohle, 

Erdöl 

Jura Malm (weißer Jura) 

Dogger (braun. Jura) 

Lias (schwarz. Jura) 

45 

170 

Urvogel, Riesensaurier, 

Flugsaurier, 

Ammoniten, erste 

Knochenfische 

Solnhofener Schiefer 

Meeresbedeckung in Eisenerze (Minette) 

N- u. S-Dtschld., Erdöl (NW- 

Hebung in Mitteldtschld. Dtschld.) 

Schiefertone 

Trias 

Keuper 

45 

reiche Entfaltung der 

Alpen: Meer 

Dachsteinkalk 

Salz, Gipsmergel 

Muschelkalk 

Saurier: Ichthyo-und 

Dinosaurier; 

Alpen: Meer 

Wettersteinkalk 

Kalkstein, Salz, Gips 

Buntsandstein 

21 5 

erste Säugetiere 

Wüstenbildungen 

feinkörniger, roter 

Sandstein, Uran 

Perm 

(Dyas) Zechstein 

45 

erste Nadelhölzer, 

N- u. Mitteldtschld 

überflutet 

Kupferschiefer, 

Kalisalze, Salz 

Rotliegendes 

260 

letzte Trilobiten 

wüstenhaftes Klima Sandstein, Erdgas 

Karbon 

Oberkarbon 

Unterkarbon 

80 

340 

Sumpfwälder mit 

Farnen, Schachtelhalmen, 

Siegel- u. 

Schuppenbäumen 

erste Reptilien 

Variskische 

Gebirgsbildung 

(jetzige 

Mittelgebirge) 

Steinkohle 

Erze im Harz u. 

Erzgebirge 

Devon Ober-, Mittel-. 

Unterdevon 

50 

390 

Trilobiten, erste Panzerlurche 

u. Fische 

Meeresbedeckung 

Rhein. Dachschiefer, 

Eisenerze, Erdöl 

Silur 

Gotlandium 

Ordovizium 

100 

490 

erste Landpfl. 

und –tiere, 

Panzerfische 

Meeresbedeckung, 

kaledonische 


Thüringische Dachschiefer, 

Uran 

Kambrium 

Ober-, Mittel-, 

Unterkambrium 

100 

590 

alle Stämme 

wirbelloser Tiere 

Meeresbedeckung 

Alaunschiefer, 

Erdöl 

Präkam - 

brium Proterozoikum 

(Algonkium) 

100 

690 

Blaualgen, Weichtiere, 

Schwämme 

Algonkische Revolution, 

assyntetische 


Granit, Erze, 

Schiefer 

Archaikum 

ca. 2300 ca. 3000 

Bakterienartige 

Organismen 

Laurentische 


Granit, Syenit, Erze 

ca. 1600 ca. 4600 Entstehung der Erde. Bildung der festen Erdkruste 

Frühzeit 

Tab. 8.1: Erdgeschichtliche Gliederung, Lebensentwicklung, geologische 

Formationen, Meeresspiegelschwankungen, Orogenesen, Gesteins- 

bildung und -umwandlung


Abb. 8.1: Zeitlicher Ablauf der Erdgeschichte (Press & Siever, 1995)


Abb. 8.2: Tektonisch-geochronologische Gliederung Europas


8.2 Geodynamik 

8.2.1 Epirogenese 

Unter Epirogenese versteht man im Gegensatz zur Orogenese die allmählichen, lange 

anhaltenden Hebungen und Senkungen weitgespannter Gebiete der Erdkruste mit 

unwesentlichen Veränderungen der inneren Strukturen und ohne besondere seismische 

oder vulkanische Aktivität. Epirogene Vertikalbewegungen wirken z.B. im Bereich von 

Nordeuropa (Skandinavien, Nordsee, Ostsee) und im Osten Nordamerikas seit über 

300 Mio Jahren. 

Die durch weiträumige Hebungsvorgänge gebildeten Aufwölbungen heißen 

Geoantiklinen, die aber überwiegend erodiert werden. Bei epirogener Absenkung 

entstehen Becken (Geosynklinen), in denen verstärkt Sedimentation stattfindet. 

Bei epirogenetischen Vertikalbewegungen unterscheidet man zwischen isostatischer 

Kompensation und dynamischen Bewegungen. Kombinationen davon treten bei der 

Gebirgsbildung (Orogenese) auf. 

8.2.2 Isostatische Kompensation 

Eine isostatische Kompensationsbewegung ist die viskoplastische Verformung der 

Lithosphäre nach einer Belastungsänderung durch Änderung der Massenverteilung. 

Abb. 8.3: Gebirgserosion und isostatischer Massenausgleich der Erdkruste 

Die nacheiszeitliche (= postglaziale) schildförmige Aufwölbung Skandinaviens verursacht 

ein Zurückweichen des Meeres, besonders in der nördlichen Ostsee. Der 

Hebungsbetrag lässt sich an alten marinen Strandlinien ablesen, die heute hoch über 

dem Meeresspiegel an Land beobachtet werden können. Ursache der Aufwölbung ist 

eine Entlastung der Erdkruste beim Abschmelzen des Eises. 

Ausdehnung der Hebungszone Skandinaviens: Bereich der Vereisung der letzen 

Eiszeit. Größte Hebung: Gebiet der ehemalig stärksten Eisdicke. Die Hebung erreichte 

in den letzten 10000 Jahren maximal 300 m (geologisch "sehr rasch").


Beispielsweise erfolgt gleichzeitig mit der nacheiszeitlichen Hebung Skandinaviens eine 

schüsselförmige Absenkung im südlichen Teil der Nordsee (Beweis: Funde von 10000 

Jahren alten Torflagern am Meeresgrund auf der Doggerbank bei - 40 m). Die stärkste 

Absenkung geschieht gegenwärtig an der flandrischen Küste: In Holland reicht die 

Basis der 10 - 20 tausend Jahre alten Ablagerungen bis in 600 m Tiefe. Die seit langem 

anhaltende Senkung des Untergrundes löst kontinuierlich Flachwasserablagerungen 

aus. 

Abb. 8.4: Postglaziale Aufwölbung Fennoscandiens 

Linien gleicher Hebung (Isobasen) 

a) Gesamthebung in m in den letzten 10 000 Jahren 

b) Rezente Hebungsrate in mm/a 

8.2.3 Dynamische Vertikalbewegungen 

Neben oder unabhängig von isostatischen Ausgleichsbewegungen können dynamische 

Vertikalbewegungen durch Einwirkung von Differenzspannungen in der Lithosphäre 

auftreten (endogene Dynamik). 

Umgekehrt können endogene, tektonische Kräfte der Isostasie auch entgegenwirken: 

z.B. Po-Ebene. Obwohl hier eine isostatische Hebung zu erwarten wäre, liegt die Basis 

der tiefsten, ca. 5 Mio Jahre alten Sedimente heute schon bis zu 6 000 m tief (Grund: 

Orogenese des Apennins). Bedeutende Absenkbewegungen erfolgen auch beim Rifting 

der kontinentalen Kruste.


8.3 Meeresspiegelschwankungen 

8.3.1 Eustatische Meeresspiegelschwankungen 

Eustatische Hebungen oder Senkungen des Meeresspiegels entstehen durch 

klimatische Änderungen im Wasserhaushalt der Erde in geologischen Zeiträumen mit 

der Folge von Regressionen oder Transgressionen des Meeres. 

Der Meeresspiegel als Bezugspunkt für Niveauänderungen der Erdoberfläche ist 

geologisch nicht konstant. So betrugen z. Β. die maximalen eiszeitlichen und zwischeneiszeitlichen 

Meeresspiegelschwankungen bis zu 200 m. Zur Zeit des Maximums der 

letzten Vergletscherung (vor ca. 20 000 Jahren) lag der Meeresspiegel über 100 m 

tiefer als heute. 

Bei vollständigem Abschmelzen der heutigen Eismassen würde der Meeresspiegel um 

mehr als 50 m weiter ansteigen. Meeresspiegelmessungen seit Ende des 19. Jahrhunderts 

zeigen allgemein einen Anstieg von 0,5 - 1 mm/Jahr. Regional kann der Anstieg 

des Meeresspiegels auch rascher sein, z.B. an der Nordseeküste um 3 mm/Jahr, 

oder durch Hebungen des Festlandes kompensiert werden, z.B. Teile von 

Skandinavien. 

8.3.2 Transgression und Regression, Schichtablagerung 

Die Schwankungen des Meeresspiegels relativ zur Erdoberfläche bringen eine 

Verschiebung der Küstenlinien: 

Regression langfristiges Zurückweichen des Meeres 

Transgression langfristiges Vordringen des Meeres 

Abb. 8.5: Lagerung und Aufbau der Sedimentgesteinsschichten bei 

(a) Transgression und (b) Regression des Meeres


Die Überflutung beim Vordringen des Meeres kann zur Ablagerung von 

Transgressionskonglomerat über der alten Festlandoberfläche führen. Dieses wird dann 

nacheinander von Sedimenten überlagert, die sich in immer größerer Entfernung von 

der Küste und oft auch in zunehmend tieferem Wasser bilden: Wandern der 

Fazieszonen. 

Bei der Regression werden die Fazieszonen in umgekehrter Richtung verschoben, 

wobei die Schichtenreihe oft abbricht (Schichtlücken), da terrestrische Sedimente bei 

der Erosion seltener erhalten bleiben als marine. 

8.4 Stratigraphie und Morphologie 

Abb. 8.6: Geologisch bedingte Landschaftsformen (Morphologie) Süddeutschlands 

Schichtstufenlandschaft der Schwäbischen Alb: Kalk-, Sand- und 

Tonsteine


Abb. 8.7: Geologische Übersicht von Südwestdeutschland (vereinfacht) 

a) Geologische Karte b) NW-SE-Vertikalschnitt 

a) 

b)


8.5 Stratigraphie und Baugrundeigenschaften 

Tab. 8.2: Baugrundeigenschaften der Formationen Obere Trias bis Quartär


Tab. 8.3: Baugrundeigenschaften der Formationen unterhalb des Keupers



Ü 8.1 Was versteht man unter (a) Epirogenese, (b) Orogenese? 

Ü 8.2 Welche (a) jüngeren und (b) älteren Orogene durchziehen Europa? 

Ü.8.3 Überwiegt an der Erdoberfläche in Mitteleuropa das Grundgebirge 

oder das Deckgebirge? 

Nennen Sie mindestens 2 Regionen, in denen das Grundgebirge 

an der Oberfläche aufgeschlossen ist. 

Ü 8.4 Mit welchen Methoden kann man das Alter von geologischen Formationen 

und deren Gesteinen (a) relativ und (b) absolut ermitteln? 

Ü 8.5 Wie erklären sich Sedimentmächtigkeiten von mehreren tausend Metern, 

wenn diese in einem Flachmeer abgelagert worden sind? 

(Hinweis: Beckenbildung) 

Ü 8.6 (a) Erklären Sie den mehrfachen Wechsel festländischer (=terrestrischer) 

und meerischer (=mariner) Sedimentgesteine im Aufbau einer Schicht- 

stufenlandschaft. 

(b) Erläutern Sie das Wandern der Fazieszonen. 

Ü 8.7 (a) Wie sind ungestörte geologische Schichten generell abgelagert? 

(b) Was ist eine geologische Störung?



Antiklinale (Sattel): Falte mit nach unten divergierenden Schenkeln (vgl. Synklinale) 

Buntsandstein: untere Epoche der Trias 

Eozän: Stufe des Alttertiärs 

Epirogenese: Säkulare tektonische weitgespannte Hebungen und Senkungen der 

Erdkruste; Dabei bilden sich Schwellen (Geoantiklinale) und Senken (Geosynklinale). 

Durch epirogenetische Hebung weicht in den betroffenen Bereichen das Meer zurück 

(Regression, z.B. Skandinavien), Absenkungen können Meereseinbrüche zur Folge 

haben (Transgression, z.B. Jütland). Als Ursache der Epirogenese werden u. a. 

isostatische Ausgleichsbewegungen angenommen. 

Erdzeitalter: die in Formationen unterteilten großen Zeiträume der Entwicklungsgeschichte 

der Erde (Tab. 8.1) 

Fauna: die Tierwelt eines Gebiets 

Fazies: Charakteristische primäre Eigenschaften eines Sedimentgesteins oder einer 

Schichtgruppe nach petrographischen (Lithofazies) und paläontologischen Befunden 

(Biofazies); aus der Gesteins-Fazies kann man auf die bei der Ablagerung der 

betreffenden Sedimente herrschenden physikalischen und geologischen Bedingun- 

gen schließen. 

Flora: die Pflanzenwelt eines Gebiets 

Fossilien: Versteinerungen von Pflanzen und Organismen 

Flysch: schiefrige und sandige, fossilarme Schichten des alpinen älteren Tertiärs und 

der oberen Kreide 

Geomorphologie: Wissenschaft von den Formen der Erdoberfläche nach Art, 

Verbreitung und Entstehung 

Günz, Mindel, Riss, Würm: die Eiszeiten des Quartärsystems 

Hangendes: Eine Gesteinsformation, die unmittelbar über der jeweils betrachteten 

Gesteinsmasse, Lagerstätte oder Störung liegt. Gegenteil: Liegendes 

Jura: mittlere Abteilung des Mesozoikums 

Känozoikum (Erdneuzeit): Tertiär (mit alpidischer Gebirgsbildung), Quartär 

Kreide: jüngste Abteilung des Mesozoikums 

Leitfossil: Fossil, das für eine bestimmte stratigraphische Einheit charakteristisch und 

daher oft namensgebend ist 

Lias: untere Serie des Jura


Liegendes: Eine Gesteinsformation, die unmittelbar unter der jeweils betrachteten 

Gesteinsmasse, Lagerstätte oder Störung liegt. Gegenteil: Hangendes 

Malm: obere Serie des Jura 

Mesozoikum (Erdmittelalter): Trias, Jura, Kreide 

Molasse: tertiäre Konglomerate, Sandsteine und Mergelbildungen des alpinen Mittel- 

und Vorlandes 

Oligozän: mittlere Serie des Tertiärs 

Paläozoikum (Erdaltertum): Kambrium, Silur (mit kaledonischer Gebirgsbildung), 

Devon, Karbon (mit variskischer Gebirgsbildung), Perm 

Pangäa: Bezeichnung für einen bis in das Jung-Paläozoikum zusammenhängenden 

Urkontinent, der ab dem Mesozoikum auseinanderdriftet, wobei sich u. a. der 

Atlantische Ozean neu gebildet und Südamerika von Afrika abgetrennt hat. 

Präkambrium (Frühzeit): Archaikum, Proterozoikum (Algonkium) 

Profil: Aufrisszeichung der senkrechten Schnittfläche durch das Relief eines Teils der 

Erdoberfläche 

Relief: die durch geographische Höhenunterschiede bestimmten Formen eines Gebiets 

der Erdoberfläche 

Stratigraphie: Lehre von der Abfolge der geologischen Schichten, deren Gesteinsaufbau, 

Entstehung und Alter 

stratigraphische Alterbestimmung: relative A. mit Hilfe von Leitfossilien, absolute A. 

radiometrisch, dendrochronologisch oder pollenanalytisch 

Synklinale (Mulde): Falte mit nach oben divergierenden Schenkeln (vgl. Antiklinale) 

Tertiär: System (Formation) der geologischen Neuzeit 

Trias: älteste Formation des Mesozoikums (Buntsandstein, Muschelkalk, Keuper) 

Zeugenberg: Bei der Erosion eines Tafel- oder Schichtstufenlandes entstandene, 

isoliert stehengebliebene Berge, die den ursprünglichen Schichtenaufbau noch zeigen.


9. TEKTONISCHE GRUNDLAGEN 

Tektonik ist die Lehre vom Bau der Erdkruste und den endogenen Bewegungen und 

Kräften, die diesen bewirken. Sie ermittelt aus den Strukturen, Störungen und 

Deformationen die erzeugenden Bewegungen nach Bahn, Richtung, Zeit, Dauer und 

Ursache. 

Orogenese (= Tektogenese) ist die Bezeichnung für die Gebirgsbildung durch Hebung, 

Faltung und Deckenbildung eines Geosynklinalbereiches, verbunden mit Metamorphose 

oder Erosion der Gesteine: 

(a) alpinotype Orogenese mit intensiver plastischer Faltenbildung (-> Kap. 9.1) 

(b) germanotype Orogenese in steiferen kratonischen Krustenbereichen mit spröden 

Bruchschollenbildungen (-> Kap. 9.2) 

9.1 Faltung, Deckenüberschiebung 

Faltung ist eine in geschichteten Gesteinen häufige Form der Deformation, die 

besonders typisch für Gebirgszonen ist. Der Begriff Falte besagt, dass eine ursprünglich 

ebene Struktur, wie beispielsweise eine Sedimentschicht, verbogen worden ist. Eine 

Aufwölbung geschichteter Gesteine wird als Sattel oder Antikline bezeichnet; eine 

Einwölbung heißt Mulde oder Synkline. 

Abb. 9.1: Sättel oder Antiklinen und Mulden oder Synklinen (Press & Siever, 2003) 

Neben vertikalen Faltenachsen, von denen die Flanken symmetrisch von der Achse 

weg einfallen (aufrechte Falten), gibt es auch asymmetrische Formen, bei denen eine 

Flanke steiler abfällt als die anderen (vergente Falten). Wenn die Deformation intensiv 

ist und eine Flanke über die Vertikale hinaus verkippt wurde, spricht man von einer 

überkippten Falte; beide Flanken fallen dann in dieselbe Richtung ein.


Abb. 9.2: Aufrechte, vergente und überkippte Falten (Press & Siever, 1995) 

Eine Deckenüberschiebung entsteht bei tektonischer Einengung auf horizontaler oder 

flach geneigter Gleitbahn geschobener Gesteinsmasse, die von ihrem Ursprungsgebiet 

über weite Strecken bewegt worden sein kann ("Allochton"). Fazies, Alter und Baustil 

von Decken und Unterlage sind weitgehend verschieden; die ursprünglichen 

Ablagerungsräume waren getrennt (z.B. helvetische und penninische Decken in den 

Westalpen, Himalaya). 

b) beginnende Überschiebung 

und weitere Heraushebung bei 

anhaltender Abtragung 

d) Ende der Bewegung und starke 

Erosion der Decke; Isolierte 

Deckenreste im Vorland des 

eigentlichen Deckenkörpers 

werden als "Klippen" bezeichnet. 

a) Faltenbildung und beginnende 

Zerstörung des Faltenscheitels 

c) Deckenüberschiebung und 

fortschreitende Abtragung und 

Erosion; Bildung von Schichtstufen 

an der Deckenstirn 

Abb. 9.3: Schema der Faltung und Deckenüberschiebung eines Gebirges


9.2 Geologische Verwerfungen 

Eine Aufschiebung ist eine geologische Verwerfung, an der eine Gesteinsscholle relativ 

zu einer benachbarten aufgeschoben wird. 

Eine Abschiebung ist eine geologische Verwerfung, an der eine Gesteinsscholle relativ 

zu einer benachbarten abgeschoben wird. Der Betrag der vertikalen Absenkung heißt 

Sprunghöhe. 

Eine Blattverschiebung (=Transversalverschiebung) ist eine geneigte oder vertikale 

Verwerfung, an der eine Gesteinsscholle zu einer benachbarten relativ seitwärts 

verschoben wird. 

Abb. 9.4 Aufschiebung, Abschiebung, Blattverschiebung (Press & Siever, 1995) 

Abb. 9.5 Bruchstufenlandschaft durch mehrfach gestaffelte Abschiebungen


Abb. 9.6: Der Oberrheingraben mit Vogesen und Schwarzwald als intra- 

kontinentale tektonische Zerrungszone 

Stratigraphie des Oberrheingrabens 

variskisches Grundgebirge: Gesteine, die bei der variskischen Gebirgsbildung in der 

Karbonzeit tief in der Erdkruste hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt waren. 

Rotliegendes: Zur Rotliegend-Zeit abgelagerte Ton- und Sandsteine, Konglomerate 

und vulkanische Gesteine. 

Buntsandstein: Zur Buntsandstein-Zeit abgelagerte rote Ton- und Sandsteine. 

Muschelkalk: Zur Muschelkalk-Zeit abgelagerte Kalksteine. 

Keuper: Zur Keuper-Zeit abgelagerte Sandsteine. 

Jura: Zur Jura-Zeit abgelagerte Ton- und Kalksteine. 

Eozän und Oligozän: Zur Eozän- und Oligozän-Zeit abgelagerte Tone, Mergel und 

Salzgesteine. 

Miozän, Pliozän, Pleistozän: Zur Miozän-, Pliozän- und Pleistozän-Zeit abgelagerte 

Tone, Mergel, Sande und Kiese. 

Holozän: In der Holozän-Zeit (Jetzt-Zeit, vor 10.000 Jahren bis heute) abgelagerter 

Ton, Lehm, Sand und Kies.


9.3 Halokinese, Diapirismus 

Abb. 9.7: Gefügeschema von Diapirs (Pluton) mit Längs-, Quer- und Diagonalklüften 

Abb. 9.8: Halokinese: tektonische Stadien beim Aufstieg von Salzstöcken


9.4 Felsklüfte und -gefüge 

Abb. 9.9: Kluftflächen in Fels (K 1 , K 2 , ... K n ) 

Abb. 9.10: Schichtflächen (S s ), Kluftflächen (K1,K2) und Störungsflächen (S t ) im 

Fels 

*



Ü 9.1 Nennen Sie die elementaren Formen der tektonischen Deformationen 

und Bruchbildungen in der Erdkruste (Zeichnungen!) und geben Sie 

eine mechanische Deutung der ihnen zugrunde liegenden Einwirkungen. 

Ü 9.2 Was versteht man in der Geomechanik unter (a) Brechen, (b) Fließen? 

Ü 9.3 Wie zeigen sich rezente tektonische Spannungen im Baugrund? 

Ü 9.4 Was versteht man in der Geotechnik unter dem Begriff "druckhaft"? 

Ü 9.5 In welcher Tiefenlage liegt die Obergrenze des Hauptbuntsandsteins in 

Karlsruhe (a) am Turmberg, (b) an der Universität? 

(c) Erklären Sie den Unterschied. 

Ü 9.6 Wie unterscheidet sich eine Bruchstufenlandschaft von einer 

Schichtstufenlandschaft? 

Ü 9.7 (a) Was versteht man unter dem Gefüge von Fels? 

(b) Wie beeinflußt das Gefüge die bautechnischen Eigenschaften von 

Fels? 

Ü 9.8 Erläutern Sie für eine Kluftschar KK 

(a) den Durchtrennungsgrad 

(b) den Kluftabstand 

(c) die Raumstellung 

Ü 9.9 Warum verursacht das Durchfahren einer geologischen Störungszone 

beim Tunnelbau oftmals eine Unterbrechung des Tunnelvortriebes? 

Ü 9.10 Steinsalzlagerstätten sind in einigen Ländern zur Endlagerung toxischer 

Abfälle vorgeschlagen worden. Was wäre aus baugeologischer Sicht 

vorzuziehen: ein Salzstock oder eine horizontale Lagerung des 

Salinars? Warum? 


Blattverschiebung (Seitenverschiebung): steile Bruch- und Bewegungsflächen mit 

überwiegendem Horizontalversatz; Der Bewegungssinn wird, von oben betrachtet, 

entweder als sinistral (= relativ nach links verschiebend) oder dextral (= relativ nach 

rechts verschiebend) angegeben. 

Dislokation: tektonische, relative Versetzung 

Durchtrennungsgrad: Flächenanteil der Klüfte in einer Kluft-Ebene 

Faltung: durch überwiegend horizontal wirkende tektonische Kräfte erzeugte Auf- und 

Abbiegung von Schichten der Erdkruste. Die Aufwölbung einer Falte heißt Antiklinale 

(Sattel); zwei Sättel schließen eine Mulde (= Synklinale) ein. Nach ihrer Lage 

unterscheidet man stehende, schiefe, überkippte und liegende Falten.


Flächengefüge: Summe der Raumdaten flächenhafter Strukturelemente (z.B. Klüfte) 

innerhalb eines betrachteten Größenbereichs: Streichen und Fallen, Kluftscharen, 

Abstände, Erstreckung usw. 

Grabenbruch: ein relativ zu seiner Umgebung an mehr oder weniger parallel 

streichenden Verwerfungen abgeschobener Streifen der Erdkruste (z.B. 

Oberrheingraben) 

Horst: ein relativ zu seiner Umgebung an mehr oder weniger parallel streichenden 

Verwerfungen aufgeschobener Streifen der Erdkruste (z.B. Thüringer Wald) 

Harnisch: Bewegungsschrammen auf gegeneinander verschobenen Gesteinstrennflächen 

Kluft: Trennfläche im Gestein; in der Geomechanik und in der Baugeologie werden 

dazu auch Schicht- und Schieferungsfugen gezählt. Man unterscheidet zwischen 

Scherklüften (Diagonalklüfte) und Zerrklüften (Trennklüfte). Sie können ganz oder 

teilweise mit Mineralbildungen gefüllt sein. 

Klüftigkeitsziffer: Maß für die Kluftdichte: Zahl der Klüfte pro laufender Meter eines 

Gebirgsaufschlusses; der Reziprokwert heißt mittlerer Kluftabstand. 

Kluftkörper: idealisierter parallelflächiger Körper, der von Kluftflächenpaaren in 

mittlerer Raumstellung und in mittlerem Kluftabstand begrenzt ist 

Kluftkörperverband: Summe aller Klüfte von gleicher oder annähernd gleicher 

Raumstellung; in geologischen Körpern sind häufig drei Kluftscharen ausgebildet. 

Lineament: großräumige, relativ geradlinige Erstreckung einer Blattverschiebung 

Mylonit: durch tektonische Bewegungen zerriebenes Gestein einer Störungszone; bei 

grobem Korn nennt man ihn auch "Reibungsbrekzie" 

Salzstock (Diapir): steilwandiger Salzköper, entstanden durch Auftrieb des Salzes aus 

der Tiefe mit Hebung und Scherung des überlagernden Gebirges; die Flanken bilden 

günstige Bedingungen für Erdöl- und Erdgaslagerstätten 

Scherbruch (Gleitungsbruch): Bruch entlang von Schubspannungsebenen mit relativ 

glatter Bruchoberfläche und Scherspuren ("Harnische") 

Scholle: durch Verwerfungen begrenztes, sprödes Bruchstück der Erdkruste 

Störung (Verwerfung): großräumige, relativ ebene Bruchfläche im Gebirge, die eine 

horizontale (="söhlige"), vertikale (="saigere"), flache (


10. DARSTELLUNG VON SCHICHTFLÄCHEN UND KLÜFTEN 

10.1 Streichen und Fallen von Schichtflächen und Klüften 

Abb. 10.1: a) Streichen und Fallen einer Kluft b) Geologenkompaß 

a) 

b) 

Abb. 10.2: Einmessen und Darstellen von (a) Flächen und (b) Linearen


10.2 Lagenkugel-Analyse 

Abb. 10.3: a) Lagenkugel in Querlage 

b) Lagenkugel in Pollage 

a) Axonometrische Darstellung einer Lagen- 

kugel und ihrer Verschneidung mit einer Kluftfläche 

α = Fallrichtungswinkel 

β = Einfallwinkel 

h = horizontale Hauptlinie oder Streichlinie 

f = Fallinie 

L = Normalendurchstoßpunkt 

b) Parallelprojektion von Äquatorebene und 

Großkreis der Kluft in axonometrischer 

Darstellung. 

c) Parallelprojektion von Äquatorebene und 

Großkreis im Grundriss. 

Abb. 10.4: Lagenkugel-Analyse einer geologischen Kluftfläche


Abb. 10.5: Lagenkugel-Analyse der Verschneidung zweier Kluftflächen 

(a) axonometrische Darstellung der beiden Kluftflächen K1 und K2 (b) Normalendurchstoßpunkt L1 und L2 (Flächenpole der beiden 

Kluftflächen 

(c) Messung des Raumwinkels auf einem Großkreis der Lagenkugel in 

Querlage 

Abb. 10.6: Kluftkörper in einer Felsböschung 

a) Gleitkeil in der Verschneidung zweier nichtparalleler Kluftflächen 

b) Gleitblöcke auf böschungsparalleler Kluftschar


10.3 Übungsaufgaben zum Lagenkugeldiagramm mit Lösungen 

Gegebene Situation: 

Beim Bau einer Landstraße, die genau in Ost-West-Richtung verläuft, ist es im 

Zuge der Linienführung erforderlich, auf der nördlichen Straßenseite einen Felshang 

auf eine Höhe von 30 m anzuschneiden, der im Verhältnis 2 : 1 abgeböscht 

werden soll. Bei der Gefügeaufnahme der geologischen Voruntersuchung sind im 

Bereich der geplanten Böschung zahlreiche, fast völlig durchtrennte Felsklüfte mit 

den folgenden Raumstellungen eingemessen worden: 

270/55 235/60 160/55 240/60 275/50 280/55 235/55 240/70 

290/45 290/50 245/60 285/60 260/40 280/60 255/35 275/60 

150/60 270/60 235/60 140/50 155/60 290/55 240/50 070/50 

155/65 285/55 150/65 245/60 275/55 150/55 240/60 145/65 

290/60 270/55 145/55 285/65 010/70 160/60 280/50 245/65 

165/60 140/65 240/65 280/45 155/60 280/55 235/65 245/55 

150/60 120/30 140/60 250/55 240/55 145/60 200/40 155/70 

Aufgaben und Fragen: 

1. Tragen Sie die Normalenpole der gemessenen Klüfte und der geplanten 

Böschung in das Lagenkugeldiagramm (Pollage) ein. 

2. Ermitteln Sie, wie viele Kluftscharen das Gebirge zerlegen und geben Sie die 

Daten der mittleren Raumstellungen dieser Kluftscharen an. 

3. Bestimmen Sie die Winkel zwischen diesen Kluftscharen. 

4. Geben Sie die Verschneidungslinien dieser Kluftscharen an. 

5. Welche dieser Kluftscharen haben die steilste Verschneidungslinie? 

6. Entlang welcher Verschneidungslinien sind Rutschungen möglich? Welche 

davon ist am stärksten gefährdet? (Annahme: gleiches Materialverhalten auf 

allen Klüften) 

7. Welche Baumaßnahmen könnte man ggf. zur Erhöhung der Standfestigkeit der 

Felsböschung treffen? 

Arbeitsunterlagen: 

1 Lagenkugel-Diagramm in Pollage, 1 Lagenkugel-Diagramm in Querlage 

Lösung der Übungsaufgaben 

1. s.u. Lagenkugeldiagramm (Abb. 10.8) 

2. drei Hauptkluftscharen: KK1 = 240/60, KK2 = 150/60 und KK3 = 280/55 

3. Winkel zwischen den Kluftscharen: ε1|2 = 76°, ε1|3 = 34° und ε2|3 = 80° 

4. Verschneidungs-Vektoren: V1|2 = 195/51, V1|3 = 275/55 und V2|3 = 218/33 

5. steilster Verschneidungs-Vektor: V1|3 = 275/55 

6. Rutschungen sind entlang von V1|2 und V2|3 kinematisch möglich, am 

wahrscheinlichsten in Richtung des größeren Gefälles V1|2 = 195/51 

7. Mögliche bautechnische Sicherungsmaßnahmen wären eine Verankerung der 

Felsböschung zur Erhöhung der Reibungskräfte auf den Klüften oder eine 

Stützmauer vor der Böschung als Widerlager für die Schubkräfte aus den 

Gleitmassen.


Abb. 10.7 Lagenkugel in Querlage, flächentreue Projektion (Originalmaßstab)


Abb. 10.8 Lösung der Übungsaufgabe auf der Lagenkugel in Pollage



Ü 10.1 Was versteht man unter dem Streichen und Fallen einer Schicht? 

Ü 10.2 Definieren Sie den Unterschied zwischen einer Fläche und einer Linearen 

im Lagenkugeldiagramm in Pollage. 

Ü 10.3 Wo liegt in diesem Diagramm der Pol 

(a) einer horizontalen Ebene? 

(b) einer vertikalen Südwand? 

Ü 10.4 Kennzeichnen Sie die folgenden Kluftflächen durch ihre Pole und 

Großkreise im Lagenkugeldiagramm in Pollage: 

KK 1 = 160/40, K 2 = 030/60, K 3 = 280/50 

Ü 10.5 Bestimmen Sie die Schnittlinien der Kluftflächen nach Fallrichtung und 

-winkel. 

Ü 10.6 Unter welchen Winkeln schneiden sich die Kluftflächen gegenseitig? 

Ü 10.7 Beim Bau einer Landstraße, die genau von Osten nach Westen verlaufe, 

sei es erforderlich, an der rechten Seite einen Felshang im Verhältnis 1:1 

abzuböschen, für den die o.a. Kluftdaten aufgenommen worden sind. 

(a) Entlang welcher Verschneidungslinie wäre eine Felsgleitung 

kinematisch möglich? 

(b) Welche zusätzlichen Informationen benötigte man für eine Analyse 

der Standsicherheit dieser Böschung?



Fallrichtung: Winkel α zwischen der Nordrichtung und der Richtung der Fallinie einer 

Ebene (Kluftfläche); Die Fallrichtung wird im Uhrzeigersinn von Nord (N=000°) über Ost 

(E=090°), Süd (S=180°), West (W=270°) nach Nord (N=360°) gezählt. 

Fallwinkel: Winkel β zwischen der Horizontalen und der Fallinie; Er wird positiv von 00° 

nach 90° abwärts gezählt. 

Flächengefüge: Summe der Raumdaten flächenhafter Strukturelemente (z.B. Klüfte, 

Schieferungsflächen, Schichtflächen) innerhalb eines betrachteten Größenbereichs: 

Streichen und Fallen, Kluftscharen, Abstände, Erstreckung usw. 

Größenbereich: in der Gefügekunde: die Größenordnung eines räumlichen Bereiches, 

in dem die mechanischen Zusammenhänge statistischen Gesetzmäßigkeiten unterliegen, 

z.B. cm-Bereich, Handstück- oder Kluftkörperbereich, Baugrubenaufschlußbereich, 

Bereich eines geologischen Profils durch ein Gebirge 

Lagenkugel: Hilfsmittel zur Darstellung der Orientierung von Gefügeelementen. In der 

Geomechanik wird die flächentreue Projektion der Lagenkugel zur Darstellung von 

Gefügeelementen und zur Ermittlung von Winkelbeziehungen zwischen diesen 

verwendet. Man unterscheidet zwischen der Lagenkugel in Querlage (Hilfsnetz) und der 

Lagenkugel in Pollage (Zeichenebene). 

Raumstellung: Orientierung einer Ebene im Raum, bestimmt durch Fallrichtung und 

Fallwinkel oder durch Streichen und Fallen 

Streichen: in der Geomechanik der Winkel zwischen der Nordrichtung und der 

Richtung der Hauptlinie (Horizontale) geologischer Flächen


11. BAUGEOLOGISCHE ERKUNDUNG; GEOMORPHOLOGIE; 

HANGBEWEGUNGEN UND ERDFÄLLE; KARTEN UND PROFILE 

11.1 Baugeologische Erkundung 

11.1.1 Objekte 

Ansprache 

- Arten des Baugrundes 

- Lockergestein, Böden 

- Festgestein, Fels 

Tragfähigkeit 

- Nutzung der Tragfähigkeit 

- Tragfähigkeit charakteristischer Bodenarten 

- Maßnahmen zur Erhöhung der Tragfähigkeit 

Setzungen und Hebungen 

- waagerechte und lotrechte Setzungen 

- Setzungsverhalten charakteristischer Bodenarten 

- technische Maßnahmen 

Hangbewegungen 

- Standsicherheit natürlicher und künstlicher Böschungen 

- Auswirkungen technischer Eingriffe 

- Arten der Hangbewegungen 

- Ursachen von Hangbewegungen 

- Erkennen von rutschgefährdetem Gelände 

- bautechnische Sicherungsmaßnahmen 

11.1.2 Erkundungsziele 

Erkundung der für die vorgesehene Baumaßnahme erforderlichen Kennwerte des Baugrundes, 

z.B. Reaktion der Bauwerke auf Bodensetzungen, Standsicherheitsprobleme. 

Welche Daten sind im konkreten Fall relevant und wie viel Aufwand an Zeit und Kosten 

muss zu ihrer Gewinnung betrieben werden? (z.B. Geologie, Gefüge, Grundwasser) 

11.1.3 Aufschlussmethoden 

Direkte Aufschlussmethoden 

- natürliche Aufschlüsse (ohne großen technischen Aufwand frei zugänglich) 

- Felsfreilegungen (großflächige Abhebung von Bodenschichten) 

- Schürfgruben (Ausräumen von Gräben mit Großgeräten, z.B. Bagger) 

- Sondierstollen und -schächte (kurze bis lange Erkundungsstollen) 

- Bohrungen (z.B. Kernbohrungen) 

- Grundwasserpegelmessungen 

Indirekte Aufschlussmethoden 

- mechanische Methoden (Schlagsondierung) 

- optische Methoden (Bohrloch-Fernsehsonde, Scanner) 

- geophysikalische Methoden (Seismik, Geoelektrik)


Fernerkundung („Remote Sensing“) 

- Luftbildauswertung 

- Satellitenfotografie 

Die Geofernerkundung mit Hilfe von Satelliten und Flugzeugen ist ein fester Bestandteil 

der angewandten geologischen Erkundung. Sie ermöglicht eine schnelle, flächenhafte und 

kostengünstige Erfassung beliebiger, oft auch unzugänglicher Geländeabschnitte, und 

geht häufig den aufwendigen, zeit- und kostenintensiven konventionellen Untersuchungsmethoden 

voraus. 

Aufgrund der geringen Auflösung kommen Satellitendaten (z.B. LANDSAT, SPOT) nur zur 

Klärung regionaler Zusammenhänge in Maßstäben von 1:500 000 bis 1:100 000 zur Anwendung. 

Beispiele hierfür sind z.B. das Monitoring von landschaftsverändernden Vorgängen 

wie Desertifikation und Veränderungen von Küsten, sowie die Überwachung bei 

Umweltkatastrophen wie Tankerunfälle oder Flächenbrände. 

Für geotechnisch und umweltorientierte Fragestellungen im ingenieurgeologischen Einsatz 

sind dagegen hochauflösende Daten notwendig, die durch flugzeuggestützte Luftbildaufnahmen 

im Maßstab bis 1:5000 zur Verfügung stehen. Man verwendet im Wesentlichen 

photographische Schwarzweiß-Luftbilder, bei deren Aufnahme die optische Achse senkrecht 

zur Erdoberfläche orientiert ist. Diese Senkrechtaufnahmen werden in Flugrichtung 

mit einer Überlappung von 60% und zwischen benachbarten Bildflugtrassen mit einer solchen 

von 30% aufgenommen (vgl. Abb.11.1). Die stereoskopische Betrachtung benachbarter 

Bilder („Stereopaare“) vermittelt dem Betrachter einen räumlichen Geländeeindruck 

und ermöglicht eine quantitative Auswertung der Bilder. Die Auswertung erfolgt mit dem 

Linsen- oder Spiegelstereoskop. 

Abb.11.1: Schema eines Bildfluges (aus Kronberg, 1984) 

Für die ingenieurgeologische Erkundung bietet die quantitative Luftbildauswertung folgende 

Möglichkeiten (u.a.): 

- Erfassen von Geländerelief und Landschaftsformen 

- Untersuchung des Gewässernetzes und der Vegetation 

- Abgrenzung unterschiedlicher Gesteinseinheiten und deren Lagerungsverhältnisse 

(Raumstellung von Schichtflächen, Schichtmächtigkeiten etc.) 

- Erfassen tektonischer Elemente wie Lineationen, Kluftsysteme, Falten und 

Domstrukturen 

- Planungsgrundlage für die Trassierung von Verkehrswegen 

- Erfassung von Senkungsvorgängen in Subrosions- und Bergbaugebieten 

- Abgrenzung von Deponiestandorten und Information über die Art und Weise der 

Abfalldeponierung (durch multitemporale Luftbildbefliegungen) 

Die verschiedenen Methoden der Baugrunderkundung werden im Einzelnen oder in Kombination 

eingesetzt. Dabei erfolgt der Ablauf der Untersuchungen in einzelnen Phasen, bei 

denen die Erkundung nach Bedarf sukzessive verdichtet wird.


11.2 Bautechnische Bedeutung der Geomorphologie 

11.2.1 Baugrundeigenschaften von Gebieten mit wenig gestörter Lagerung 

Gelände 

- i.Allg. weiträumig 

- relativ einheitliche Gesteinsverhältnisse 

- fast ausschließlich Sedimentgesteine 

(Tone, Tongesteine, Sande, Mergel, Sandsteine, Kalksteine, ... ) 

Fundierungen 

- meist nicht sehr schwierig 

- jedoch Beachtung der Schichtfolge unterhalb der Fundamente ! 

Verkehrswege 

- keine besonderen Schwierigkeiten 

- Böschungsprobleme beim Anschneiden von tonigen Schichten ! 

Tunnelbauten 

- meist gleichförmige geologische Verhältnisse 

- in Württemberg und in der Schweiz Gipskeuperprobleme ! 

- bei ausgeprägter Klüftung Gefahr von Mehrausbrüchen ! 

Talsperren 

- oft Dichtungsprobleme durch weitläufige Umströmungen 

- geringer Reibungswiderstand auf horizontalen Fugen 

- bei tonigen Gesteinen Belastbarkeitsprobleme 

Hangstabilität 

- fast nur von Gesteinsart abhängig 

- wenig standsichere Schichten: 

Knollenmergel, Opalinuston, tertiäre Tone und Schluffe 

Bergwasser 

- meist an bestimmte Horizonte gebunden (besonders Kalke) 

- tonige Gesteine wirken weiträumig grundwasserstauend 

(z.B. U-Bahn Frankfurt) 

11.2.2 Baugeologische Eigenschaften von Gebieten mit stark gestörter Lagerung in 

Faltengebirgen 

Gelände 

- häufige Wechsel in Gestein und Orientierung der Kluftflächen 

- in Faltenkernen vorwiegend Granite (Skandinavien, Schwarzwald) 

- oft metamorphe Schiefer 

- i.Allg. lebhafte Morphologie (z.B. Alpen) 

- starke Erosion 

- große Höhenunterschiede auf kurzen Strecken 

Verkehrswege 

- besondere Schwierigkeiten durch lebhafte Morphologie 

- z.B. Brenner-Autobahn: 11 km Brücken auf 36 km Straße 

Tunnelbauten 

- häufig wechselnde geologische Verhältnisse 

- Einflüsse großer Überlagerungshöhen 

- Probleme der Tunnel-Vorhersage


- Bedeutung von Streichen und Fallen bei Durchfahrung von geneigten Schichten 

- Gefahr von Wassereinbrüchen und Verbrüchen 

Hangstabilität 

- Zusammenwirken von wechselnden Gesteinseigenschaften und Richtung der 

Klüfte, Schichtung und Schieferung 

- durch junge, rasche Erosion häufig instabile Hänge, Rutschungen, Talzuschübe, 

Bergstürze 

Bergwasser 

- oft unregelmäßige Verhältnisse 

- tiefes Eindringen des Wassers an Klüften in das Gebirge 

- schwierige Vorhersage 

11.3 Hangbewegungen 

11.3.1 Mechanische Ursachen 

- geringe Scherfestigkeit bei Böden 

- geringe Massenfestigkeit oder/und Kluftreibung bei Fels 

- Spannungsumlagerungen 

- Erschütterungen 

- Strömungsdruck 

- hydrostatischer Druck 

11.3.2 Geologische Bedingungen 

- Tone und Schluffe 

- ton- und schluffhaltige Gesteine 

- gleitfähige Kluftfüllungen 

- ungünstig orientierte Klüftung, Schichtung, Schieferung 

- intensive Zerklüftung 

- Verwitterung 

11.3.3 Umweltbedingte Ursachen 

- Niederschläge, Wassersättigung 

- Veränderung des Wassergehalts 

- Erosion (z.B. Unterschneidung, Übersteilung durch Wasserläufe) 

- Spaltenfrost 

- Vernichtung der Vegetation 

11.3.4 Arten der Hangbewegungen 

Definition: 

Eine Rutschung ist eine Gebirgsbewegung als Folge der Schwerkraft aus höheren 

Lagen in tiefere Lagen mit seitlicher Massenverlagerung 

Ursachen von Hangbewegungen (Rutschungen):


mechanisch bedingt geologisch bedingt umweltbedingt 

- geringe Scherfestigkeit 

(bei Böden) 

- geringe Massenfestigkeit 

und/oder Kluftreibung (bei 

Fels) 

- Spannungsumlagerungen 



- hydrostatischer Druck 

- Tone und Schluffe 

- ton- und schluffhaltige 

Gesteine 

- gleitfähige Kluftfüllungen 

- ungünstig orientierte Kluft- 

, Schieferungs- und 

Schichtflächen 

- intensive Zerklüftung 

- Verwitterung 

- Niederschläge (Wassersättigung) 

- Änderungen des Wassergehaltes, 

Erosion (Unterschneidung 

und Übersteilung 

durch Wasserläufe 

und Gletscher) 

- Spaltenfrost 

- Zerstörung der Vegetation 

In grober Einteilung werden folgende vier Arten von Rutschungen unterschieden: 

- Kriechrutschung 

- Gleitrutschung 

- Fließrutschung 

- Bergsturz 

Kriechbewegungen 

geologisch lang andauernde Bewegungen; Flächen- bzw. Massenkriechen je nach Vorhandensein 

ausgeprägter Gleitflächen 

Talzuschub: großräumiges und tiefgehendes Kriechen von Talhängen


Fließbewegungen 

Hangbewegungen von Lockergesteinen; Analogie zur Bewegung von Flüssigkeiten (wasserübersättigte 

Massen) 

Gleitungen (Rutschungen) 

Hangbewegungen zusammenhängender Massen entlang einer Gleitfläche 

(a) Gleiten entlang einer gekrümmten Bruchfläche (Bodengleitung): 

(b) Gleiten entlang einer vorgegebenen Gleitfläche (Boden- oder Felsgleitung):


Abb. 11.2: Elemente einer Rutschung 

Bergstürze 

Plötzliche Hangbewegungen in mehr oder minder freiem Fall. Die bewegte Masse verliert 

ihren inneren Zusammenhalt.


11.4 Erdfälle und Bodensenkungen 

11.4.1 Faktoren und Mechanismen 

- Petrofazies (besonders bezüglich des mechanischen Verhaltens der Gesteine) 

- Mineralaufbau (bezüglich Löslichkeit) 

- Gebirgsaufbau (Fazies) 

- Klima (physikalischer und chemischer Angriff) 

- Vegetation (physikalische und chemische Einwirkungen) 

- CO2-Gehalt in Wasser und Kluft 

- tektonische Verhältnisse (Gefüge) 

- Topographie, Morphologie 

- Hydrogeologie 

- boden- und felsmechanische Eigenschaften 

- Gebirgsspannungszustand 


- Subrosion, Korrosion, Erosion 

- Tiefenlage, Größe und Gestalt vorhandener Hohlräume 

Abb. 11.3: Einbruchsschlot im Buntsandstein: Tunnelverbruch 

11.4.2 Maßnahmen beim Bauen in Erdfallgebieten 

Sicherheit und Wirtschaftlichkeit betreffender Maßnahmen hängen entscheidend von der 

Zuverlässigkeit der Ergebnisse der Untergrunderkundung ab. Wichtig ist die frühzeitige 

Erkennung der Erdfallsituation.


11.4.3 Verbesserung des Untergrundes 

(a) Oberflächennahe Hohlräume 

- Verfüllung mit Beton 

- Verfüllung mit Erdstoffen unter Einspülen, Einrütteln, Einstampfen usw. 

(b) Trichterfüllungen 

- Verdichtung mit Oberflächen- oder Tiefenrüttlern, Fallgewichten oder Stampfplatten 

- Bodenaustausch mit Beton oder Erdstoff 

(c) Tiefe Hohlräume 

- Methoden nach (a) oder (b) sind selten möglich oder wirtschaftlich. Alternativ oder ergänzend 

sind konstruktive Maßnahmen zu treffen. 

- Bei Straßen, Verkehrsdämmen und Böschungen nimmt man das Risiko z.T. hin und 

stellt sich auf eine ggf. spätere notwendige Sanierung ein. 

11.4.4 Konstruktive Maßnahmen bei Hoch-, Industrie- und Brückenbauten 

- ausweichen auf ungefährdete Bereiche oder Aussparung gefährdeter Zonen 

- Tiefenführung der Lasten in tragfähigen Untergrund (z.B. mit Pfählen) 

- gering halten zusätzlicher Lasten (z.B. Aushub = Neulast) 

- Bevorzugung lastverteilender Gründungsformen 

- Dimensionierung der Gründungselemente für mögliche Hohlräume 

- Wahl statisch bestimmter (weicher) Systeme 

- Auflösung größerer Baukörper in kleine für sich steife Einheiten 

- besondere Bauweisen zur Ermöglichung des Nachrichtens von Bauwerken 

- (z.B. Unterpressung) 

- Messeinrichtungen zur Beobachtung 

11.4.5 Talsperren 

Erdfallgefahr im Dammbereich: Sorgfältige Maßnahmen zur Anpassung an Setzungen bei 

Erddämmen günstiger als bei Staumauern 

Erdfallgefahr im Beckenbereich: Sicherung und Abdichtung begrenzter Bereiche durch Injektionen, 

Lehmteppiche, Folien, Verplombung von Erdfällen usw. 

11.5 Baugrundvergütung durch Injektionstechnik 

11.5.1 Hohlrauminjektionen 

- Verfüllen von Verbrüchen bei bergmännischen Hohlräumen 

- Hinterfüllen von Schacht- oder Stollenauskleidungen 

- Verfüllen von Karsthohlräumen 

11.5.2 Kluft-, Spalteninjektion (Festgesteinsinjektionen) 

- Schleierinjektionen 

- Flächenvergütung 

- Abdichten von Wasserzuflüssen im Bergbau


11.5.3 Poren-Injektionen (Lockergesteinsinjektionen) 

- Schleierinjektionen 

- Erhöhung der Tragfähigkeit 

- Verfestigung von Füllmassen 

11.5.4 Verdrängungsinjektion 

- Herstellen tragfähiger Gerüste in anorganischen Ablagerungen (soil fracturing) 

- Verdichten nichtbindiger Böden und Erhöhung ihrer Tragfähigkeit (compaction grouting) 

- Böschungsstabilisierung durch soil fracturing 

- Unterfangung oder Sanierung von Bauwerksgründungen 

11.5.5 Spezialinjektionen 

- Vergütung von Rissen im Mauerwerk von Brücken und Mauern 

- freie Durchtränkung zur Verfestigung von Aufschüttungen 

- Nachverpressen von Ortbetonpfählen 

Geotechnische Injektionen werden also vor allem zum Verfestigen und zum Abdichten von 

Baugrund und Bauwerken eingesetzt, z.B. bei Gründungen und Unterfangungen, Ankerungen 

und Ortbetonpfählen, im Bergbau, im Grund- und Felsbau über und unter Tage 

sowie im Damm- und Talsperrenbau. 

11.6 Karten und Profile 

11.6.1 Maßstäbe topographischer Karten 

Maßstab Kartenbeispiele Art der Karte 

1 : 500 

1 : 1 000 

Katasterpläne 

1 : 2 000 Flurkarten 

Plankarten 

1 : 5 000 Deutsche Grundkarte 

1 : 10 000 Stadtpläne 

1 : 20 000 Messtischblätter 

1 : 25 000 

1 : 50 000 

1 : 75 000 

2 cm-Karte 

Spezialkarten 

1 : 100 000 1 cm-Karte 

Übersichtskarten 

1 : 300 000 Übersichtskarte von Mitteleuropa 

bis etwa 

1 : 500 000 

Generalkarten 

bis etwa 

1 : 10 Mill. 

Übersichtskarte von Europa und 

Vorderasien 1 : 800 000 

Internationale Weltkarte 

Regional- und Länderkarten 

ab 

1 : 20 Mill. 

Erdteilkarten


11.6.2 Farbkennzeichnung 

Holozän: Blassgrün oder weiß 

Pleistozän: Graugelb oder blassgelb 

Tertiär: Hellgelb bis dunkelgraugelb 

Jura: Blau 

Trias: Violett 

Perm: Rehbraun, graubraun 

Karbon: Dunkelgrau 

Devon: Gelbbraun 

Silur/Ordovizium: Blaugrün 

Kreide: Gelbgrün 

Kambrium: Graugrün 

Proterozoikum: Blassgrün 

Archaikum: Rosa 

Junge Eruptiva: Hellrot 

Alte Eruptiva: Dunkelrot 

11.6.3 Symbole der Gesteinsarten und tektonischen Elemente 

Abb.11.4: Symbole von Gesteinen und tektonischen Elementen in der geologischen Karte


11.6.4 Falten - und Bruchstrukturen in der geologischen Karte 

Abb. 11.5: Darstellung von Falten- und Bruchstrukturen in der geologischen Karte


11.6.5 Konstruktion von Schichtstreichen und -fallen 

Abb.11.6: Konstruktion von Schichtstreichen und -fallen aus der geologischen Karte. 

Schichtstreichen längs der Horizontalen an der Schichtfläche: Linie A B C 

Schichtfallen in der Projektion von B o B B` B`` in der Profil-Ebene 

11.6.6 Interpretation geologischer Karten 

Aufgabe 1: Geneigte Lagerungsverhältnisse I (Abb. 11.7) 

- Für jede geologische Grenzfläche sind Streichlinien zu zeichnen und zu beschriften. 

- Der Betrag des Streichens, die Fallrichtung sowie der Fallwinkel sind zu ermitteln. 

- Ein geologisches Normalprofil und eine Legende sind zu entwerfen. 

- Welches ist die älteste, welches die jüngste Schicht? 

- Die Mächtigkeiten der einzelnen Schichten ist anzugeben. 

- Ein geologisches Querprofil mit einem Maximum an Informationen ist zu konstruieren. 

- In welcher Teufe würde eine in Punkt A vertikal abgeteufte Bohrung die Schichtgrenze 

U/T erreichen?


Abb.11.7: Zu Aufgabe 1, Geneigte Lagerungsverhältnisse I


Aufgabe 2: Geneigte Lagerungsverhältnisse II 

Ein Kohleflöz ist an nur drei Stellen (A, B, C) aufgeschlossen (Abb. 11.8). Für die weitere 

Exploration ist es notwendig, den Ausbiss dieses Kohleflözes an der Erdoberfläche zu 

konstruieren. Weiterhin soll geklärt werden, ob ein weiteres, im Nachbarbereich 100 m tiefer 

liegendes Flöz im dargestellten Gebiet erschürft werden kann. 

Abb.11.8: Zu Aufgabe 2, Geneigte Lagerungsverhältnisse II


- Das Streichen und Einfallen für Flöz 1 ist zu konstruieren. 

- Die Ausstrichlinie für Flöz 1 ist in die Karte einzutragen. 

- Die Frage, ob ein 100 m tiefer liegendes Flöz 2 im dargestellten Gebiet ausstreicht, ist 

zu klären. Wenn ja, ist die Ausstrichlinie in die Karte einzuzeichnen. 

- Zum Aufschluss des Kohlenfeldes eignet sich als Schachtansatzpunkt besonders 

Punkt D. In diesem Punkt soll eine Bohrung abgeteuft werden. Stellen Sie für diese 

Bohrung ein Profil auf, das die zu erwartende Schichtenfolge und Teufenlage der Kohleflöze 

angibt. 

Aufgabe 3: Störung und Kohleflöz 

Auf der geologischen Karte (Abb. 11.9) sind die Ausstrichlinien eines Kohleflözes und einer 

Störung F dargestellt. Zusätzlich sind Bohrungen geplant, um die Verbreitung des 

Kohleflözes festzustellen. 

- Als Vorarbeit hierzu soll aufgrund der schon bekannten Daten eine Karte entworfen 

werden, in der jene Gebiete hervorgehoben sind, wo eine senkrecht abgeteufte Bohrung 

das Kohleflöz erreichen müsste. 

- Je nach Art der Störung könnte das Kohleflöz in bestimmten Gebieten auch zweimal 

durchteuft werden. Stellen Sie die Art der Störung fest und heben Sie evtl. Gebiete 

hervor, in denen das Kohleflöz zweimal übereinander auftritt. 

- Zeichnen Sie ein geologisches Profil von X nach Y.


Abb.11.9: Zu Aufgabe 3, Störung und Kohleflöz


11.6.7 Bauplanungskarten 

Für den modernen Städtebau bilden die ingenieur- und hydrogeologischen Geländeuntersuchungen 

wichtige Grundlagen. Gute Kenntnis der Boden- und Wasserverhältnisse ist 

eine Vorraussetzung für die optimale Erschließung. 

Die Klassifizierung des Baugrundes beeinflusst die Planung bis hin zur Notwendigkeit von 

Bodenverbesserungsmaßnahmen. Die Vorkenntnis ggf. erforderlicher bautechnischer 

Maßnahmen bereits bei der Planung kann erhebliche Einsparungen an Arbeitskraft, Baustoffen 

und Kapital bringen. 

Baugrundkarten sollen Fehlplanungen bei der Festlegung von Bauwerken regional (für 

ganze Stadtteile) und lokal (für einzelne Gebäude) vermeiden und sollen Angaben über 

die Beschaffenheit und Eignung des Baugrundes sowie die Möglichkeiten der Baurohstoffgewinnung 

enthalten. 

Hydrogeologische Karten sind für alle kulturtechnischen Maßnahmen notwendig. Sie liefern 

Informationen über Höhe und Strömungsrichtung des Grundwassers, Wasserstockwerke, 

stehende Gewässer (Seen, Teiche), Vorfluter, Drainagen mit Abflussrichtung, 

Chemismus der Wässer u.a. 

Stadtplanungskarten enthalten die wichtigsten kommunalen und bautechnischen Planungsdaten. 

Informationsquellen: (nach DIN 4020) 

- Bohrprofile: Geologisches Landesamt, Bauämter 

- Grundwasserverhältnisse: Wasserwirtschaftsamt, Bauämter, Geologisches Landesamt, 

Wasserversorgungsunternehmen 

- Boden und Fels: Erd- und Grundbau-Institute, geologische Karten 1:25000 

mit Erläuterungen 

- Setzungsbeobachtungen: Bauverwaltungen, Bauunternehmen, Erd- und Grundbau- 

Institute 

- Bergbau, Bergsenkungen: Landesbergamt, Geologisches Landesamt, Bergbaugesellschaften 

- Flussbau, Kulturbau: Vermessungsämter, Wasserwirtschaftsamt, Flurbereinigungsamt 

- Baubestand: Örtliche Bauämter, Landesdenkmalamt, Stadtarchive



Ü 11.1 (a) Welche direkten Aufschlussmethoden kennen Sie? 

(b) Nennen Sie Quellen von Fehlinterpretationen bei Erkundungsbohrungen im 

Hinblick auf die Art und Klüftigkeit des Baugrundes. 

(c) Welche Ursache und Bedeutung haben Kernverluste bei Aufschlussbohrungen? 

Ü 11.2 (a) Welche Haupttypen von Hangrutschungen kennen Sie? 

(b) Welche technischen Eingriffe können Rutschungen auslösen? 

(c) Bei welchen Gesteinen muß man bevorzugt mit Gleitungen rechnen? 

(d) Zu welchen Jahreszeiten treten Rutschungen am ehesten auf? 

(e) Welche Möglichkeiten gibt es beim Verkehrswegebau, einen rutschgefährdeten 

Hang zu überwinden? 

(f) Wie kann man einen gleitgefährdeten Hang messtechnisch überwachen? 

Ü 11.3 Welche geologischen und geotechnischen Ursachen hatte die Katastrophe der 

Vajont-Talsperre? 

Ü 11.4 (a) Wie entsteht eine Bergzerreissung? 

(b) Was ist ein Talzuschub? 

Ü 11.5 Welche Auswirkungen hat der Zutritt von Wasser in ein anhydrithaltiges Gebirge 

(a) auf Straßenbauten, 

(b) auf Tunnelbauten? 

Ü 11.6 (a) Wodurch entstehen Baugrundsetzungen? 

(b) Was versteht man unter der Tragfähigkeit eines Baugrundes? 

Ü 11.7 (a) Wie entstehen Erdfälle und Bodensenkungen? 

(b) Welche Bedeutung haben diese für die Bautechnik? 

Ü 11.8 Im Böschungsbereich (von Aufgabe Ü 10.6) mache die Straße in westlicher Richtung 

eine Linkskurve um 20°. Durch Festigkeitsuntersuchungen hat man für die 

kohäsionslose Kluftschar KK1, die in diesem Fall für die Standfestigkeit der Böschung 

maßgeblich ist, einen Reibungswinkel von Φ = 25° bestimmt. 

(a) Ermitteln Sie die Standsicherheit einer 30 m hohen Böschung nach Fellenius 

unter der Annahme, daß die Felsoberfläche an der Böschungsoberkante eine 

horizontale Ebene sei. Die durchschnittliche Wichte des Gesteins betrage 25 

kN/m 3 . 

(b) Empfehlen Sie eine konstruktive Maßnahme für die Sicherung der Böschung 

und dimensionieren Sie diese für eine Sicherheit nach Fellenius von ν = 1,5. 

Gesucht ist die erforderliche Stützkraft pro lfm der Böschung. 

(c) Wie verändert sich die erforderliche Kraft gegenüber (b), wenn bei gleicher 

Sicherheit auch eine Erdbebeneinwirkung nach dem Regelwert von DIN 

4149 für die Erdbebenzone 4 einbezogen werden soll? 

(d) Welche Baugrunduntersuchungen und -methoden würden Sie hier vorrangig 

vorschlagen?


Ergänzende Stichworte zu Kapitel 11 

Aufschluss: Eine offene Stelle im Gelände, die dem Betrachter einen Einblick in das Erdreich 

und in die Gesteinslagerung unter der Oberfläche gewährt (z.B. Steinbruch, Kiesgrube, 

Geländeanschnitt). 

Baugrund: Zusammenfassende Umschreibung für einen Bereich von Boden und/oder 

Fels und Grundwasser, in dem ein Ingenieurbauwerk erstellt werden soll. Das Benennen 

und Bezeichnen der Bodenarten kann nach DIN 4022, Blatt 1 und der Felsarten nach DIN 

4023 erfolgen. 

Geologische Karte: Graphische Darstellung aller bei der Geländeuntersuchung (= geologische 

Kartierung) planmäßig aufgenommenen geologischen Daten, die in eine topographische 

Karte eingetragen sind, z.B.: Verläufe von Schichtgrenzen, Störungen, Einfallen 

der Schichten, Quellen usw.; die Gesteine der verschiedenen geologischen Formationen 

werden mit charakteristischer Farbgebung in den Karten gekennzeichnet und in der jeweiligen 

Legende erläutert. Zusätzliche - für den Bauingenieur oft sehr wertvolle Informationen 

- findet man in den "Erläuterungen zur geologischen Karte", die von den geologischen 

Landesämtern herausgegeben werden. 

Höhenlinien (Isohypsen): Auf Karten zur Geländedarstellung benutzte Linien, die alle 

Punkte von jeweils gleicher Höhe über dem Meeresspiegel (h ü. NN) verbinden; je steiler 

das Gelände ist, desto dichter verlaufen die Höhenlinien. 

Katasterplan: Lageplan eines Geländes, der von den örtlichen Katasterämtern erstellt und 

herausgegeben wird (i.Allg. im Maßstab 1:500 oder 1:1000). 

Legende: Zusammenstellung und Erläuterung der in einem Kartenbild verwendeten Symbole, 

Farben, Abkürzungen, usw. 

Messtischblatt: Bezeichnung für die topographische Karte 1:25000 ("4 cm-Karte"). 

Normalnull (NN): Höhe des mittleren Wasserstandes beim Amsterdamer Pegel als Bezugshöhe 

für alle geographischen Höhenmessungen (z.B. 300 m ü. NN, 10 m ü. NN). 

Topographie: Zusammenfassende Umschreibung für alle Bodenformen, Gewässer, Siedlungen, 

Verkehrswege usw. eines Gebietes der Erdoberfläche. 

Topographische Karten: Karten mit besonderer Berücksichtigung der Topographie, besonders 

die amtlichen Karten 1:5000 bis 1:200000.


12. HYDROGEOLOGISCHE GRUNDLAGEN 

(Grundwasser, Porosität, Durchlässigkeit, Quellen, Karst) 

Wasser im Untergrund hat bei der baugeologischen Beurteilung einen besonders hohen 

Stellenwert. Hydrogeologische Untersuchungen sind darum ein wesentlicher Bestandteil 

der baugeologischen Erkundung u.a. mit den folgenden Zielsetzungen: 

- Wasserzuflüsse in Baugruben, Einschnitten oder unterirdischen Anlagen, 

- Veränderung der mechanischen Gebirgseigenschaften durch Änderung des Wasserstandes 

und Sickerung, 

- Möglichkeit der Auslaugung wasserlöslicher Gesteine im Baugrund, 

- Prüfung der aggressiven Eigenschaften unterirdischer Wässer, 

- Möglichkeit von Wasserverlusten durch Um- und Unterläufigkeit an Talsperren. 

12.1 Wasserkreislauf (marin - atmosphärisch - terrestrisch) 

Abb. 12.1: Schema des Wasserkreislaufes auf der Erde (Watson und Burnett, 1995) 

Das Grundwasser wird von den meteorischen Niederschlägen gespeist. 

Für den Wasserhaushalt der Erde gilt folgende Bilanzgleichung: 

NIEDERSCHLAG = ABFLUSS + VERDUNSTUNG + SPEICHERUNG


Niederschlag (meteorisch): Regen, Schnee, Eis, Tau 

Verdunstung: Gegenteil des Niederschlags 

Abfluss der Niederschläge über Flüsse und Seen in die Meere: 

- entlang der Erdoberfläche 

- unterirdisch (> 90% ) 

- ca. 37 000 km 3 /Jahr 

Speicherung (Reservoir): 

- Gletscher 

- Seen 

- Grundwasser 

- Bodenfeuchte (Haftwasser) 

- Biomasse (Pflanzen, Tiere) 

Abb. 12.2: Bilanzierung von Niederschlägen und Verdunstung auf der Erde 

12.2 Grundwasser (GW) 

Grundwasser ist alles im Boden natürlich auftretende Wasser: 

(a) oberhalb des GW-Spiegels: Haftwasser, Kapillarwasser 

(b) unterhalb des GW-Spiegels: ungespannt, gespannt oder artesisch


Kapillar aufsteigendes Wasser: Die Steighöhe ist stark von der Größe und Art der Poren 

abhängig: 

- Kies und Grobsand: unter 0,1 m 

- Mittelsand: bis zu 0,5 m 

- Feinsand: bis zu 2 m 

- Schluff: bis zu 5 m über GWS 

Haftwasser: Grundwasser, das in den Zwickeln der Poren blockiert ist 

Wasserdampf: Ist in den nicht wassergefüllten Poren enthalten. 

Gebundenes Wasser: Ist z.B. durch Tonmineralien chemisch gebunden. 

1 Grundwasser 

2 Grundwasserspiegel 

3 geschlossenes Kapillarwasser 

4 offenes Kapillarwasser 

5 Haftwasser 

6 Porenwinkelwasser 

7 Gas (Grundluft mit Wasserdampf) 

8 Mineralkorn mit adsorbiertem Wasser 

9 Sickerwasser 

Abb. 12.3: Erscheinungsformen des Grundwassers (nach ZUNKER, 1930) 

Grundwasser-Speichergesteine vermögen in zahlreichen Poren oder Klüften große Wassermengen 

aufzunehmen und dank der geringen Reibung rasch fortzuleiten: Kiese, Sande, 

poröse Sandsteine, geklüftete Kalke, Dolomite und magmatische Gesteine. 

Grundwasserstauende Gesteine sind i.Allg. ungeklüftet und haben eine sehr geringe Porosität: 

Schluffe und Tone. 

Der Grundwasserspiegel ist die obere Begrenzung des Wasserstandes in einem GW- 

Leiter. Man unterscheidet zwischen freiem und gespanntem GW-Spiegel. 

Ein Grundwassersee hat einen horizontalen GW-Spiegel und daher stationäres GW. 

Ein Grundwasserstrom hat ein Druckgefälle im GW-Spiegel und daher fließendes GW. 

Grundwasserstockwerke sind verschiedene Grundwasserleiter, die durch GW-stauende 

Gesteins- oder Bodenschichten vertikal voneinander getrennt sind.


Abb. 12.4: Grundwasser in einem zusammenhängenden Aquifer (DIN 4021, Teil 3) 

12.3 Wasserdurchlässigkeit (Permeabilität) 

Die Wasserdurchlässigkeit (Permeabilität) hängt ab von der Porengröße, Porenverbindung, 

Querschnittsgestaltung und Wasserbindung der Festsubstanz. Die Permeabilität ist 

für viele bautechnische Fragen von Bedeutung, z.B. bei Grundwasserabsenkungen, Frosterscheinungen 

und anderen Verwitterungsfolgen in Locker- oder Festgesteinen usw. Die 

Durchlässigkeit ist bei Tonen sehr klein, bei Feinsand mittel und bei Kiesen sehr hoch. 

12.3.1 DARCY-Gesetz 

Laminares Fließen des Grundwassers: 

Q / F = k (h1 – h2) / l 

worin Q Abflußmenge in [m 3 /s] 

F Querschnittsfläche in [m 2 ] 

l Länge der Filterstrecke in [m] 

h1 – h2 Potenzialdifferenz in [m Wassersäule] 

(h1 – h2) / l hydraulischer Gradient [-] 

k hydraulische Leitfähigkeit [m/s] 

(= Durchlässigkeits-Koeffizient, "k-Wert") 

Der "k-Wert" hängt bei Lockergesteinen maßgeblich von der Kornverteilung, Korngröße, 

Kornform und vom Tongehalt ab. Beim Fels sind die Verhältnisse i.Allg. sehr viel komplexer.


Abb. 12.5: Bestimmung des Durchlässigkeits-Koeffizienten k 

12.3.2 Gesteins-Durchlässigkeit 

Gesteinsart 

1. Kalksteine 

2. Sandsteine 

Karbon 

Devon 

3. Mischgesteine 

sandig-kalkig 

tonig-sandig 

kalkig-tonig 

4. Granit 

5. Schiefer 

6. Kalkstein 

7. Dolomit 

Durchlässigkeitsbeiwert 

[cm/s] 

0,36 - 23 x 10 -13 

0,29 - 6 x 10 -11 

0,21 - 2 x 10 -11 

0,33 - 33 x 10 -12 

0,85 - 130 x 10 -13 

0,27 - 80 x 10 -12 

0,50 - 2,0 x 10 -10 

0,70 - 1,6 x 10 -10 

0,70 - 120 x 10 -10 

0,50 - 1,2 x 10 -8 

Tab. 12.1: Beispiele für Durchlässigkeitsbeiwerte verschiedener Gesteine 

12.3.3 Kluft-Durchlässigkeit 

Spaltweite 2a 

[mm] 

0,1 

0,2 

0,4 

0,7 

1,0 

2,0 

4,0 

6,0 

Durchlässigeitsbeiwerte in der Kluftrichtung 

[cm/s] 

0,7 x 10 -4 

0,6 x 10 -3 

0,5 x 10 -2 

2,5 x 10 -2 

0,7 x 10 -1 

0,6 x 10 0 

0,5 x 10 1 

1,6 x 10 1 

Tab. 12.2: Beispiele für Durchlässigkeitsbeiwerte einer Felskluft bei unterschiedlichen 

Öffnungsweiten der Kluft (pro lfm)


12.4 Porosität und Wasseraufnahme 

Jedes Gestein enthält neben den festen Bestandteilen (Minerale und Gesteinskörner, organische 

Gemengteile) auch gas- oder flüssigkeitsgefüllte Poren. Das Porenvolumen ist 

der von Gas oder Flüssigkeit erfüllte Raum im Gestein. Die Kenntnis der Porosität ist für 

viele bautechnische Fragen von Bedeutung, z.B. bei der Frostbeständigkeit oder bei der 

Zusammendrückbarkeit. Festgesteine haben in den meisten Fällen eine geringere Porosität 

als Lockergesteine. 

Die Wasseraufnahme hängt ebenfalls von der Korngröße, dem Mineralbestand und den 

organischen Beimengungen ab. Viele Tonminerale besitzen zwischen ihren Schichten eine 

sehr starke Wasseraufnahmefähigkeit. 

12.4.1 Porosität von Lockergestein 

Gesamtporosität n: 

n = Volumen der Hohlräume / Gesamtvolumen der Probe 

Nutzbare Porosität n': 

n' = durchfließbares Porenvolumen / Gesamtvolumen der Probe 

Abb. 12.6: Porenraum bei gleichkörnigen und ungleichkörnigen Sanden. 

Eine dichte Lagerung vermindert k, n und n'. Ebenso abmindernd wirkt eine Mischung 

(Abstufung) der Korngrößen. Tonmineralien bewirken eine weitere Reduktion. 

Fließgeschwindigkeit v im Lockergestein = Filtergeschwindigkeit pro nutzbarer Porosität 

v = vF/n´ = k( h1 - h2 ) / (l n ` )` 

12.4.2 Porosität von Festgestein 

- Porenziffer analog zum Lockergestein (Porenraum zwischen den Körnern) 

- n und n‘ sind oft kleiner als bei Lockergesteinen wegen Kompaktion und Zementierung 

(Diagenese). 

- Bei magmatischen oder metamorphen Gesteinen ist oft n < 1% und selten n > 3%. 

- Die nutzbare Porosität ist oft klein wegen der Isolation der Poren. 

- Dennoch können ausgedehnte, mächtige Felskörper bedeutende Wasserspeicher 

sein.


12.5 Quellen 

Abb. 12.7: Verschiedene Arten von Quellen 

d = durchlässiges Gestein, u = undurchlässiges Gestein 

12.6 Karst 

Landschaft aus überwiegend Kalksteinen, in denen sich der Kalk durch Wasserzuflüsse 

löst. Dadurch kann oberirdisch ein Netz von Trockentälern und unterirdisch ein System 

von Spalten, Höhlen und Flüssen entstehen. 

Lösungsverwitterung direkt bei Gips und Steinsalz 

Kohlensäureverwitterung bei Karbonatgesteinen (Kalk, Dolomit) 

- Wichtig: Partialdruck des im Wasser gelösten CO2 ist abhängig von der Temperatur. 

- CO2 entsteht durch biochemische Oxidation von organischem Material im Boden. 

- Kalklösung bei Untersättigung des Wassers mit Ca 2+ oder Mg 2+ 

Abb. 12.8: CO2 -Löslichkeit als Funktion der Temperatur bei atmosphärischem Druck


Vorkommen: 

- weltweit verbreitet 

- an der Oberfläche erfolgt Lösung längs der Fallinie oder an Schwächezonen 

- in der Tiefe wird das Gebirge ausgehöhlt: 

weiträumige, weitverzweigte Höhlensysteme mit Tropfsteinen 

- Hauptrichtungen sind Schwächezonen und Kluftscharen 

- tief und flächig lösen sich besonders die Salze NaCl, KCl usw. 

- Lösungsrückstände: Ton, Schluff, Feinsand, Mergel: Höhlenlehm 

Abb. 12.9: Karstlandschaft mit Höhle, Naturschacht, Einsturz-Dolinen 

12.7 Hydrogeologie im Bauwesen 

(1) Auftreten des Grund- und Bergwassers: 

- im Lockergestein und Boden 

- im Fels 

(2) Hydrologische Typen von Gesteinen 

(3) Technische Auswirkungen des Grund- und Bergwassers 

- Auftrieb 


- Kluftwasserschub 

- Entfestigung des Grundkörpermaterials 

- Plastifizierung der Kluftzwischenmittel 

- Porenwasserüberdruck in den Kluftzwischenmitteln 

- chemische Zersetzung von Beton und Mörtel 

(4) Wasserzudrang zu Tunneln und Bauwerken 

(5) Quellen und Quellbeeinflussung durch Bauwerke 

(6) Geologische Bedingungen für Dichtungs- und Drainagemaßnahmen


Abb. 12.10: Talsperre in metamorphen Schiefern: 

Felsgleitung auf Schieferflächen am Hang (a) und 

tiefreichende Verwitterungszone (Wasserverluste) am Hang (b) 


Ü 12.1 Nennen Sie typische geotechnische Probleme von Karstlandschaften. 

Ü 12.2 Wo gibt es in Deutschland Karstlandschaften? 

Ü 12.3 Welchen Einfluss hat das Bergwasser auf die Standfestigkeit der 

Felswiderlager von Talsperren?


Ergänzende Stichworte zu Kapitel 12 

Abfluss: Alle Transportvorgänge, die die meteorischen Niederschläge (Regen, Schnee, 

Eis, Tau) über die Flüsse und Seen in die Meere zurückführen. Gegenteil: Versickerung. 

Artesisches Wasser: Gespanntes Grundwasser, das zwischen muldenförmig nach unten 

gebogenen, wasserundurchlässigen Bodenschichten liegt und an einer höher gelegenen 

Stelle einen Zufluss erhält. Durchörtert man die darüberliegende Stauschicht so entsteht 

durch den dort herrschenden Überdruck ein natürlicher Springbrunnen (artesischer Brunnen), 

wenn der Entnahmepunkt tiefer liegt als der freie Grundwasserspiegel im Speichergestein. 

Bergwasser: Alles im Fels auftretende Wasser wie Porenwasser im Gestein und in den 

Kluftzwischenmitteln oder freies Kluftwasser. 

Grundwasserbeschaffenheit: Qualitative und quantitative Zusammensetzung des GW 

nach Art und Menge der darin enthaltenen und transportierten Stoffe; Maß für die Filterwirkung 

des Bodens 

Grundwasserleiter (Aquifer): Wasserdurchlässige Gesteinsformation, die mit GW teilweise 

oder ganz gefüllt sein kann 

Grundwasserstauer: gering durchlässige Gesteinsformation, die einen GW-Leiter nach 

oben oder unten abgrenzt 

Hydrogeologie: Lehre vom Wasserhaushalt des Untergrundes (Vorräte, Dynamik, Zusammensetzung 

des Grundwassers) 

Kapillarität: Grundwasseranstieg in den Kapillaren des Bodens durch die Oberflächenspannung 

an der Grenzfläche von Wasser und Luft 

Thermen (=Thermalquellen): Quellen von aus größeren Tiefen - meist an geologischen 

Verwerfungen - aufsteigenden warmen oder heißen, mineralhaltigen Wässern (z.B. Thermen 

von Baden-Baden); eruptive Quellen von Wasserdampf und heißem Wasser in vulkanischen 

Gebieten nennt man dagegen Geysire (z.B. in Island). 

Tropfsteine: In Karsthöhlen tropft aus Spalten und Poren gewöhnlich kalkhaltiges Wasser. 

An der Aufschlagstelle scheidet sich Kalkspat aus (Tropfsteine) und bildet zapfenähnliche 

Gebilde, die in die Höhe wachsen (Stalagmiten). Die von den Decken herabwachsenden, 

hängenden Zapfen heißen Stalaktiten. Verwachsen Stalagmiten mit Stalaktiten 

entstehen Tropfsteinsäulen oder Stalagnaten. 

Wasserhärte: Maß für gelöste Ca- und Mg-Verbindungen im Wasser: ein deutscher Härtegrad 

(1° d. H.) entspricht 10 mg CaO oder 18 mg CaCO3 pro Liter Wasser. 

Wasserwegigkeit: Eigenschaft klüftigen Gebirges, dem Wasser entlang der Klüfte bevorzugte 

Sickerwege zu bieten; die Wasserwegigkeit kann in verschiedenen Richtungen sehr 

unterschiedlich sein.

Geologie im Bauwesen - IBF

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