open-end-test instationär

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

Felduntersuchungen – Überblick

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

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

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

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

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

Sondierungen, Bodenprofil

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

Schlitzsondierung 1,0 bis 2,0 m Tiefe

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

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

open-end-test (Auffüllversuch)

Versuchsaufbau

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

Versuchsanordnung: open-end-test mit abnehmender Druckhöhe

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

Rohr für oben-end-test im Gelände

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

Versuchsdurchführung open-end-test

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

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

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

Versuchsauswertung, Berechnungsgrundlagen

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

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

kf  =  π * r / (5,5 * t) * ln (ho / ht)   [m/s]

kf         gesuchter Durchlässigkeitsbeiwert
r           Radius (Rohr)
t           Zeit, Messintervall
ho        Ausgangsdruckhöhe, Wasserstand
ht         Druckhöhe zur Messzeit t (aus Wasservolumen rückberechnet)

Der natürliche Logarithmus wird aus dem Quotienten der Druckhöhen berechnet.

Auffüllversuch, Auswertung open-end-test (Beispiel)

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

Beispielberechnung (reale Messung):

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

Auswertungsdiagramm: open-end-test mit kf-Wert

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

Bewertung der Ergebnisse des kf-Wertes für eine Versickerung

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

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