Technische Gesteinkunde: für Bauingenieure, Kulturtechniker, Land- und Forstwirte, sowie für Steinbruchbesitzer und Steinbruchtechniker

561 Pages·1929·38.75 MB·German

by  Ing. Dr. phil. Josef Stiny (auth.)

Technische Gesteinkunde
für Bauingenieure, Kulturtechniker
Land-und Forstwirte, sowie für Steinbruchbesitzer
und Steinbruchtechniker
Von
lng. Dr. phil. Josef Stiny
o. ü. Pmfessor an der Technischen Hochschule in Wien
Z w e i t e, vermehrte und vollständig
umgearbeitete Auflage
Mit 422 Abbildungen im Text und 1 mehrfarbigen Tafel,
sowie einem Beiheft: "Kurze Anleitung zum Bestimmen
der technisch wichtigsten Mineralien und Gesteine"
Springer-Verlag Wien GmbH 1929
ISBN 978-3-7091-2036-1 ISBN 978-3-7091-4210-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-7091-4210-3
All Rechte, insbesondere das der Ubersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalte
Copyright 1929 by Springer-Verlag Wien
Ursprünglish erschienen bei Julius Springer in Vienna 1929
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1929
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage
Gelegentlich der Abhaltung von Vorträgen über Gesteinkunde für
geologische Hilfskräfte, die zur Beratung bei militärtechnischen Arbeiten
herangezogen werden sollten, wurde der Mangel eines kurzen Leitfadens
empfunden, welcher die technisch wichtigsten Gesteine unter Hervor
helmng ihrer technischen Eigenschaften darstellt, ohne das Vertrautsein
mit den mikroskopischen Methoden vorauszusetzen.
Der Ingenieur, mag er nun Tiefbau-, Hochbau- oder Forsttechniker
sein, bedarf eines gewissen Maßes an Kenntnissen in der Gesteinkunde;
denn die l!'elsarten liefern ihm seine Baustoffe und bauen die Erdhaut
auf, in welcher er seine Bauten gründet und ausführt. Nur derjenige
Ingenieur wird in seinem Fache das Beste leisten können, der die ihm zur
Verfügung stehenden Stoffe auch zu meistern versteht und Mißgriffe in
der Wahl der Baumittel und Bauplätze vermeidet.
Die Zeiten sind vorüber, in denen man sich mit der Durcharbeitung
eines Planes nach der rein technischen Seite hin begnügte und wahllos
nach dem nächstbesten, billigen Baustoff griff oder Verkehrswege baute,
ohne auf das Verhalten des Erdbodens gegenüber den beabsichtigten,
einschneidenden Eingriffen in seine Gleichgewichtsverhältnisse viel Rück
sicht zu nehmen. Der Ingenieur der Gegenwart räumt der Beschaffenheit
des zur Verfügung stehenden oder anzufordernden Baustoffes und dem
Verhalten der Gesteine im Hoch- oder Tiefbau eine wichtige, die Bauweise,
Linienführung usw. beeinflussende Stellung ein, mit der er die übrigen
Forderungen technischer oder wirtschaftlicher Natur in Einklang zu
bringen sucht.
Auch das Steingewerbe weicht allmählich von den rein empirischen
Geleisen ab, in denen es sich jahrhundertelang bewegte und beginnt Wege
einzuschlagen, die e'l im allmählichen Anstiege zu einer wirtschaftlicheren
Ausnützung der Bodenschätze emporführen werden. Die Steinbruch
besitzer haben die Bedeutung einer wissenscheftlichen Gesteinprüfung
lange unterschätzt, ja von ihr bisweilen eine Schädigung ihrer In"t.eressen
befürchtet; solches Mißtrauen ist unbegründet; denn erst die genaue
Kenntnis der Eigenschaften und des Verhaltens eines Gesteines ermöglicht
IV Vorwort
es, die Felsart jener Verwendungsart zuzuführen, zu der sie sich am besten
eignet, und es von einem Gebrauche auszuschließen, in dem es sich nicht
bewährt und bei dem Mißerfolge eintreten müssen, die selbst ein sonst
gutes Vorkommen in Verruf bringen können.
Vorwort zur zweiten Auflage
Bei der zunehmenden Bedeutung der Gesteinkunde für den neu
zeitlichen Straßenbauer, überhaupt den Tiefbauer jeder Art, den Hoch
bauer, Land- und Forstwirt usw. erschien die Herausgabe einer neuen
Auflage-die erst vor einigen Jahren im Verlag bei Waldheim-Eberle A. G
erschienene Auflage ist 11eit lä.ngerer Zeit vergriffen -eine Notwendigkeit,
welcher sich Verlag und Verfasser nicht entziehen konnten. Für den
Verfasser war die Einladung zur Niederschrift einer zweiten Auflage um so
angenehmer, als der rührige Verlag Julius Springer sich entschlossen
hatte, dem Buche ein größeres Format, größeren Umfang und eine den
Bedürfnissen entsprechende Ausstattung zu geben.
Selbst die flüchtigste Durchsicht wird den Beurteilerderneuen Auf
lage schon davon überzeugen, daß sie gegenüber der. ersten Auflage ganz
beträchtlich erweitert, stofflich ergänzt und mit Abbildungen bereichert
worden ist. Hoffentlich hat das Buch dadurch an Brauchbarkeit für alle
gewonnen, an die es sich wendet: den Schüler, den ausübenden Ingenieur
aller Sonderberufszweige, den Steinbruchbesitzer, den Steinbruch
techniker, Kulturingenieur usw.; vielleicht kann es sogar dem jungen
Fachgeologen oder Fachgesteinkundler, der sich seine rein wissenschaft
liche Bildung an der Universität geholt hat, bei der technischen An
wendung seines Wissens eine Art erster Hilfeleistung bieten.
Da eine genaue Kenntnis der wichtigeren gesteinbildenden Mineralien
die unerläßliche Voraussetzung der Erkennung und technischen Be
wertung der Gesteine ist, wurde dieser Abschnitt des Buches besonders
stark erweitert und durch die Hinzufügung einer knappen Anleitung zum
Bestimmen der Mineralien (Beiheft) ergänzt.
Entbehrliche Fremdwörter wurden durch deutsche Fachausdrücke
ersetzt; ich hoffe, dadurch dem Leserkreise, der überwiegend der lateini
schen und griechischen Sprache unkundig ist, gedient zu haben. Gerade
in den technischen Wissenschaften findet das neuzeitliche, sieghafte
Streben, sich deutsch auszudrücken und in seiner Muttersprache zu
schreiben, erfreulicherweise den stärksten Widerhall.
Auf die Normung der Gesteinprüfung usw. konnte ich in dieser Auf
lage noch keine Rücksicht nehmen, da hier vieles noch im Flusse ist.
Vorwort V
Die äußere Verbesserung des Buches verdanke ich einer ganzen
Reihe von He~ern. In erster Linie habe ich dein Verlage zu danken, der
das Büchlein in ein würdiges Kleid hüllte, mit Abbildungen reichlich
ausstattete und auch sonst mannigfaches Entgegenkommen und viel
Geduld bewies.
Zahlreiche Werke und Steinbruchbesitzer unterstützten mich in
dankenswertester Weise, indem sie mir Druckstöcke zur Wiedergabe
überließen, wie z. B. der Bund Deutscher Marmorbruchbesitzer,
Gr. Kunnersdorf (Kreis Neisse), die optischen Werke C. Reichert, Wien,
Ingenieur Luzzatto u. a. m., odermir Vorlagen für Abbildungen zur Ver
fügung stellten. Viele Betriebe sandten auch Proben ihrer Rohstoffe und
ihrer Erzeugnisse, Steinbruchbeschreibungen usw. ein; die Gesteinmuster
sind nun in meinem Institute zu Unterrichtszwecken auf- und ausgestellt.
Sollte das Buch eine weitere Auflage erleben, dann werde ich mich be
mühen, die angeführten Beispiele heimischer deutscher und österreichisoher
Steingewinnung und -Verwertung noch weitgehend zu vermehren; daran
muß nicht bloß dem Leser des Buches und dem Steinkä.ufer, sondern ganz
besonders auch dem Rohstofferzeuger liegen. Ich bin daher nach wie
vor für die Einsendung von Gesteinproben, Prüfungszeugnissen, Stein
bruchbeschreibungen, Bildern von Gesteinbearbeitungswerkzeugen und
Fertigwaren aus Stein sehr dankbar.
Die überwiegende Zahl der Dünnschliffaufnahmen verdanke ich
meinem früheren Assistenten, Herrn Dr. H. Küpper, dzt. Geologe in
Holländisch-Indien. Mehrere Dutzend Vorlagen konnte ich der Lichtbild
sammlung meines Institutes entnehmen; soweit sich dies feststellen ließ,
befinden sich darunter Geschenke der Herren Dr. Hlawatsch (z. B.
Abb. 120, 122), Geheimrat Dr. K. Keilhack (Abb. ll7, ll9, 124, 125, 206)
und Professor Dr. Fr. Toula.
Die Abb. 345 bis 350 und 354 bis 359 sind aus dem Handbuche des
Materialprüfungswesens von 0. Wawrziniok (Berlin 1923, J. Springer)
übernommen. Einige Aufnahmen von Handstücken und Geräten ver
danke ich meinen Assistenten (K. Kuhn, A. Winter) und Schülern
(z. B. N. Hantsch, Daschkow, K. Alber u. a.).
Beim Durchsehen der Fahnen und des Umbruches unterstützte mich
meine Frau Leopoldine.
Allen jenen, welche das Büchlein irgendwie förderten, sei hiermit
herzliehst Dank gesagt! Hinweise auf Mängel oder Fehler sowie Rat
schläge für Verbeaserung und Ausgestaltung des Buches für Berufszwecke
nehme ich gerne und dankbar entgegen.
Wien, im November 1928
IV. Karlsplatz 13
(Techn. Hochschule) J. Stiny
Inhaltsübersicht
Seite
Einleitung .................................................... . 1
I. Einführende Vorbemerkungen ............................... . 3
1. Die Bestandteile der Gesteine ............................ . 3
2. Größe und Gestalt der Gesteinsgemengteile ................ . 11
3. Die wichtigsten Verfahren zur Bestimmung der Korngröße der
Gesteingemengteile und die Darstellung der gewonnenen Unter-
suchungsergebnisse ...................................... . 25
li. Die Bildung der Gesteine und ihrer Bestandteile; die wissenschaft-
liche Einteilung der Gesteine ............................. . 40
1. Allgemeine Vorbemerkungen .............................. . 40
2. Der Aufbau des Erdballs ................................. . 42
3. Die Glutflußerscheinungen als }Iineral- und Gesteinbildner .. . 49
a) Die Mineralien und anderen Gesteinsbestandteile der Glut-
flußerscheinungen ..................................... . 49
b) Allgemeine Vorbemerkungen über die Glutflüsse und die aus
ihnen hervorgehenden Erstarrunggesteine ................ . 107
a) Chemische Verhältnisse ............................. . 107
p) Geologische Erscheinungsweise ...................... . 115
r) Tracht, Verband und Gefüge ....................... . 126
d') Absonderung (Klüftung) ............................ . 138
c) Die Familien der Erstarrunggesteine .................... . 149
a) Tiefengesteine ............................ · . · · · · · · · · 149
p) Ergußgesteine; Anhang: Feuerberglockermassen ....... . 166
y) Begleitgesteine ..................................... . 195
4. Die geologischen Kräfte der Erdoberfläche als Gesteinbildner .. 201
Allgemeines über die Absatzgesteine und ihre Eigenschaften .. 202
a) Die Verwitterung ..................................... . 215
b) Die Abscheidung von Mineralien aus Lösungen .......... . 225
Die wichtigsten gesteinbildenden Absatzmineralien ........ . 225
c) Der trockene Massenabtrag ............................ . 244
d) Die Massenverfrachtung durch fließendes Wasser ........ . 257
e) Die Gesteinbildung in Seen und Meeren sowie durch Lebe-
wesen ................................................ . 314
5. Die Umprägung der Gesteine durch geologische Kräfte des
Erdinnern, besonders durch die Gebirgsbildung und Krusten-
bewegungen aller Art .................................... . 329
a) Allgemeine Bemerkungen über die Umwandlungsgesteine .. . 329
b) Die Mineralien der Umwandlungsgesteine ................ . 346
c) Allgemeine Vorbemerkungen über die Umprägungsgesteine. 353
d) Die verschiedenen Arten der kristallinen Schiefer und
sonstigen Timprägungsgesteine ......................... . 362
Tn haltsübersicht VII
Seite
111. Die technischen Eigenschaften der Gesteine und ihre Prüfung;
Gewinnung und Ve.rwertung der Gesteine ..................... 3R1
J<:inleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
A. Einige wichtigere technische Gesteineigenschaften und ihre
Prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
1. Körnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
2. Korngestalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
3. Kornbindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
4. Gefüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
5. Tracht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
6. Verband . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
7. Mineralische Zusammensetzung ........................ 398
8. Chemische Zusammensetzung .......................... 401
9. Raumgewicht und Dichte ............................. 403
10. Natürliche Ablösung; Klüftung ........................ 407
11. I,uftdurchlässigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
12. Wasserdurchlässigkeit ................................. 423
13. Wasseraufnahmevermögen ............................. 427
14. Wärmeleitungsfähigkeit ............................... 435
15. Erwärmbarkeit ....................................... 437
16. \Värmedehnung ...................................... 439
1 7. Rehallfortpflanzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
18. Elektrische Leitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~40
19. Magnetisches Verhalten ............................... 441
20. Radiumwirksamkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
21. Druckfestigkeit ....................................... 441
22. Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
23. Biegungsfestigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
24. Scherfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
25. Knickfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
26. Schlagfestigkeit (Zähigkeit) ................•........... 455
27. Abnützbarkeit ........................................ 45?
28. Härte ............................................... 471
29. Bearbeitbarkeit ....................................... 474
30. Bohrfestigkeit • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
31. Teilbarkeit (Spaltbarkeit, Spaltfestigkeit) ............... 489
32. Lösbarkeit (Gewinnungsfestigkeit) ...................... 491
33. Glättbarkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49~
34. Standfestigkeit (Nachbrüchigkeit) ...................... 494
35. Bruchflächenbeschaffenheit; Farbe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
36. Erweichbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
37. Wetterbeständigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
38. Feuerbeständigkeit .................................... 511
39. Tragfähigkeit der Gesteine als Baugrund ............... 512
B. Die Anlage von Steinbrüchen, Schottergruben und ähnlichen
Gewinnun~tätten technisch nutzbarer Gt!steine .............. 514
Schriftenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . .................... 529
S a c h v e r z e i c h n i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
Ortsverzeichnis ............................................ 539
Anhang (Beiheft): Anleitung zum Erkennen und Bestimmen der gestein
bildenden Mineralien und der Gesteine
Einleitung
Gesteine (Gebirgsarten, Felsarten) sind deutlich begrenzte
natürliche ::\lassen von mehr oder weniger gleichbleibender Aus
bildung und solcher räumlicher Ausdehnung und Verbreitung, daß sie
am Aufbaue der Erdkruste wesentlichen Anteil nehmen und
geologische Selbständigkeit beanspruchen können.
'Vie jede Bcgriffumschreibung, die sich auf einen Gegenstand oder
eine Erscheinung der vielfältigen Natur bezieht, entbehrt auch die vor
stehende als Menschenwerk im Forscherstübchen der völligen Strenge und
Schärfe. So grenzen sich in der Natur draußen die Gesteine nicht immer
mit auffälligen Flächen gegeneinander ab; gar häufig schalten die Körper
verschiedenartiger, aber unmittelbar benachbarter Gebirgsarten einen Über
gangsau m zwischen sich, innerhalb welches oft ganz unmerklich ein
Gestein im andern gewissermaßen aufgeht. So verschwimmt zuweilen die
Grenze zwischen dem feinkörnigen Ton und dem aus gröberen Teilchen
bestehenden Sande, beispielsweise in der Art, daß in der Richtung gegen
die Sandmasse zu die Tonkörnchen immer mehr und mehr vergröbern; in
gleichem l\Iaßc nimmt dann die Korngröße der Sande gegen das Tongestein
hin mehr oder minder stetig ab. Dies ist nur einer der häufigen Fälle des
Überganges einer Felsart in eine andere .
.Nach der gegebenen Beschreibung müßte man auch das Eis der Gletscher
und der nordischen Festländer, das 'Vasser und die Erzvorkommnisse
zu den Gesteinen zählen. Wohl wegen der hohen Bedeutung, welche die Erze
für die menschliche Wirtschaft besitzen, pflegt man sie häufig aus der Masse
der übrigen Felsarten herauszuheben und eingehend für sich zu behandeln.
Vom rein wissenschaftlich-geologischen Standpunkt aus betrachtet, trägt
diese Abtrennung den Stempel einer gewissen Willkür an sich; dieser Vor
wurf trifft auch das vorliegende Buch; doch rechtfertigt die Stoffabgrenzung
ähnlich wie dort hier der Umstand, daß der Leitfaden für die Bedürfnisse des
technisch Gebildeten geschrieben ist und von vornherein darauf verzichtet,
rein bergwirtschaftlich wichtige Gesteinskenntnisse zu vermitteln.
In Laienkreisen hält man nicht selten den Ausdruck ,.Gestein" für gleich
bedeutend mit festem, ,.gewachsenen" Fels. Diese Auffassung ist irrig. Der
Gesteinsbegriff hängt nicht von einer bestimmten Zustandform oder
von der Zusammenhangsinnigkeit ab. Der lockere Sand, der weiche, wie "flüssig"
sich verhaltende Schlamm, der leicht stechbare Löß und der harte, schwer
schießbare feste Fels zählen mit gleichem Bürgerrechte zur Welt der Gesteine.
Die Grenzen zwischen den Zusammenhangsgraden verschwimmen oft so
sehr, daß sie die Auseinanderhaltung verwandter Gesteinsarten mehr oder min·
der erschweren; so gehen nicht selten mit wachsendem, inneren Zusammen
hange lose Schotter ganz allmählich in mittelfeste Nagelfluh und schließ-
S t in y, Gesteinkunde 2. Aufl. 1
2 Einleitung
lieh in kräftig verbundene Konglomerate (Kittschotter) über; in· völlig
ähnlicher Weise kann man die Stufenleiter: loser Sand---. mürber Sandstein
---. fester Sandstein, oder die Reihe: bildsamer, weicher Ton---. etwas festerer
Schieferton ---. mittelfester Tonschiefer ---. fester Urtonschiefer (Phyllit)
aufstellen. Zustandsform und Zusammenhangsgrad der GcstPine bedeuten
für die reine 'Vissenschaft wenig, für den ausübenden Techniker aller Fach
richtungen aber überaus viel; im vorliegenden Buche müssen sie, seinem
Sonderzwecke entsprechend, ganz besonders kräftig hervorgehoben und
berücksichtigt werden.
Die Gesteinkunde (Gesteinskunde, Petrographie, Lithologie, Petro
logie usw.) ist die Lehre von den Gesteinen, ihrem Werden,
Sein und Vergehen; sie will eine förmliche Lebenskunde der Gesteine
sein.
In nicht allzuferner Zeit ging die Gesteinkunde völlig in der Aufzählung,
Einteilung und Beschreibung der Gesteine nach Zusammensetzung, äuß<>rcr
Tracht, Eigenschaften, Vorkommen usw. auf; heute spüren die fruchtbarsten
Forschungen dem geologischen Werdegange der Gesteine nach; man spricht den
Gesteinen nicht mehr ein gewisses "Leben" ab, mag dieses auch wegen der
langen Dauer der Vorgänge, wegen des Fehleus von Bewegungserscheinungen
usw. von dem Leben der Pflanzen und Tiere sich stark unterscheiden; immer
hin sind einige grobe Vergleiche gestattet. Auch die Gesteine "entstehen"
und "wachsen"; geologische Vorgänge sind ihre Erzeuger und ihre Ernährer;
sie antworten auf eine Veränderung ihrer Daseinsbedingungen ("Reize"),
indem sie sich "weiterbilden". "umwandeln" oder sich auflösen und vergehen.
Jede Zerstörung löst wieder Neubildungen aus, so daß auch von den Gesteinen
das Dichterwort gilt: "Neues Leben blüht aus den Ruinen". Auch da walten
geologische Kräfte in erster Linie; ihr schöpferisches Gestalten schafft hier
Gesteine, prägt dort Felsarten um und wieder wo anders zertrümmert ihre
schwere Hand bald plötzlich und sprunghaft, bald langsam, aber stetig das
eigene Gebilde oder wenigstens seine Form. Denn der Stoff selbst geht ja
eigentlich nie verloren, er ändert nur nach dem Wechselspiele der geologischen
Einflüsse seine Erscheinungsgestalt.
Die Gesteinkunde beschäftigt sich auch mit den gegenseitigen Wechsel
beziehungen der Gesteine. Auch diese Kenntnis wur~~lt in der Geologie;
ähnliche Entstehungsgeschichte bedingt auch vielfach .A.hnlichkeit der sich
bildenden Gesteine, die so zu "Gesteinsvereinen" und "Gesteinsgenossen
schaften" zusammengeschlossen werden können; so besteht die Lockermassen
Genossenschaft der Stromablagerungen beil'pielsweise immer wieder aus
Schottern, Sanden und Schlammen; die Glieder dieses Gesteinsvereines
verbinden viele gemeinsame Eigenschaften; die trennenden Unterschiede
bestehen in der Verschiedenheit der ,.Ausbildung" (Fazies) der Ablagerung
im einzelnen.
Die Gesteinkunde beackert ein ganz anderes Arbeitsgebiet als die
Mineralogie; Aufgabe dieser bildet die Beschreibung und Einteilung
der Mineralien, ihr Vorkommen, ihre Bildung und Zerstörung.
Die Gesteinkunde macht sich die Erkenntnisse, welche der Mineraloge
gewonnen hat, zunutze, wo sie ihrer bedarf; denn in unzähligen Fällen ent
stehen die Gesteine eben durch die massenhafte Aneinanderhäufung von
einzelnen l\Iineralkörpern; dann geben die verschiedenen Mineralien selbst
die Bausteine für die Felsart ab.