Erdspannungen

Erdspannungen bezeichnet man die inneren Spannungen in Gesteinen und Erdschichten, die durch geologische und geotechnische Kräfte verursacht werden. Sie können als Kompressions-, Zug- oder Schubspannungen auftreten und lassen sich durch drei Hauptkomponenten, die Hauptspannungen σ1, σ2 und σ3, charakterisieren. In-situ stehen sie oft in anisotroper Relation zueinander, wobei vertikale Spannungen durch das Überlagerungsgestein entstehen und horizontale Spannungen von tektonischen Kräften, Temperatur- und Faziesprozessen beeinflusst werden.

Ursachen und Verteilung beruhen auf lithostatischem Druck des überlagernden Gesteins (Überlast), tektonischen Spannungen aus Plattenbewegungen, thermischen Effects und Poreindruck durch Wasser in den Gesteinen. Pore- oder Porendruck reduziert die effektiven Spannungen, was für das Verhalten des Gesteins entscheidend ist. Tiefenabhängigkeit, Gesteinsart, Porosität und Temperatur bestimmen, wie sich die Erdspannungen ausbilden und wie sie sich über die Zeit verändern (z. B. Relaxation, Kriechen).

Messung und Interpretation erfolgen durch in-situ-Verfahren wie Bohrlochübermessungen, hydraulische Spaltversuche, Überbohrungen (overcoring) und Auswertung von Bohrlochbrüchen, ergänzt durch Laborversuche an Proben (Triaxialtests). Aus Spannungszuständen lassen sich effektive Spannungen ableiten, die wesentlich für das Verhalten von Felswällen, Tunneln, Bergwerken und anderen Bauwerken sind.

Bedeutung und Anwendungen: Das Verständnis von Erdspannungen ist grundlegend für Stabilität, Versagensmechanismen, Frakturmuster und Auswirkung von Eingriffen in der Erdkruste.