Boden: Arten / Kennwerte / Verfahren

• feste Phase: mineralische Körner

• flüssige Phase: Wasser

• gasförmige Phase: Luftporen

• Feststoff

• Wasser

• Luft

• Wasseranteil kann nicht unter Auftrieb stehen

• Feldversuch nach DIN 18196

• Kornverteilung

Trockenfestigkeit:

• Trocknung der Probe Maß: Widerstand gegen zerbröckeln in Fingern

Schüttelversuch:

• Schütteln der feuchten Probe in der Hand; Wasseraustritt durch Fingerdruck, Verschwinden des Wassers, Versuchswiederholung

• Maß: Geschw., mit der Wasser austritt und wieder verschwindet.

Knetversuch:

• weiche Probe wird zu dünnen Röllchen geformt; wieder zu Klumpen geformt, Wiederholung bis Probe zerkrümmelt.

• Maß: Plastizität; Knetarbeit <-> Zerkrümmeln

Reibeversuch:

• Zerreiben der Probe zwischen Fingern o Maß: seifig -> mehlig -> knirschend

Schneideversuch:

• Schnitt mit Messer in erdfeuchte Probe

• Maß: Oberfläche

Ton:

• seifig,klebt

• nur durch Abwaschen entfernbar

Schluff:

• weich,mehlig

• klebt nicht

Sand:

• knirscht

a) Trockensiebung:

• getrockneter Boden durch Siebe verschiedener Maschenweite (DIN) getrennt;

• Benennung der Korn-größen nach Nennweite der Siebe, durch die sie zuletzt gefallen sind.

b) kombinierte Sieb-undSchlämmanalyse:

• Vor der Sedimentation abtrennen der Körner >0,125mm durch Sieben.

c) Trockensiebung

d) Schlämmanalyse:

• Bodenprobe wird im Wasser zu einer Suspenion aufgerührt und diese in einem Standzylinder abgestellt. Durch unterschiedlich schnelles Absinken der Körner verändert sich die Dichte in der Suspension über die Höhe (Axiometer).

Sieb und Schlämmanalyse

Weil sie nur durch Schlämmung separiert werden können. Die Körner sind für Siebung zu klein!

a)  w L : Wassergehalt am Übergang von der flüssigen zur plastischen Zustandsform

b)  w P : Wassergehalt an der Grenze zwischen plastischem und halbfesten Zustand

c)  w S : Wassergehalt zwischen halbfestem und festen Zustand

• Eigenschaft des Bodens

• Umfang des plastischen Bereiches IP = w L - w P

• Reaktion auf Wasserzugabe durch Konsistenzänderung zum flüssigen Bereich

• Schrumpfgrenze ws

• bindige Böden

1. Röllchen bilden, 3mm ,

2. ausrollen auf Filterpapier

3. Versuch solange wiederholen, bis Material bröckelt

4. Wassergehalt bestimmen;

• Korndichte ps

• Wassergehalt w

• Massefeuchte und trockene Probe mg, md

• Volumen

Ödometer: Kompressiondurchlässigkeitsgerät

-> Maß für die Zusammendrückbarkeit , lin. abh. von aufgebrachter Druckspannung

-> Durchlässigkeitsbeiwert k

• Sättigungszahl

• Elastizitätszahl

• Steifemodul Es

Steifemodul E s wird im Kompressionsgerät ermittelt. Die Seitendehnung ist dabei verhindert. Der Steifemodul gibt die Steigung der Tangente an Drucksetzungslinie an:

• E s = tan --> lastabhängig

• E s = tanα = Δσ/Δε

• E s : verhinderte Seitendehnung

• E: freie Seitenausdehnung

• Der Steifemodul gilt im Gegensatz zum Elastizitätsmodul nur für verhinderte Seitendehnung.

• Die Beziehung zueinander erfolgt über Querdehnungszahl

Versuch mit verhinderter Seitendehnung

• Plattendruckversuch

• Pressiometer

Die Setzungen werden kleiner.

E s = Δσ / Δε * 100 , bzw.: Δσ / Δs * 100

Bettungsmodulverfahren:

• Federmodell

• keine Übertragung der Schubkräfte im Boden

Steifemodulverfahren:

• Halbraummodell

• Seitendrucksonde

  -> sie dient der Ermittlung des Steifemoduls in situ

d) ist unabhängig vom natürlichen Wassergehalt des Bodens

e) ist abhängig vom Tongehalt des Bodens

Porenanteil n:

• n = Volumen der Poren / Gesamtvolumen = (VG+VF) / V

• 0 < n < 1

Porenzahl e:

• e = Volumen der Poren / Volumen der Festmasse

  = (VG+VF) / VT= VP / VT

• 0 < e < ∞

Sättigungszahl s r:

• s r = Volumen der flüssigen Phase / Volumen der Poren

= VF / VP

• 0 < s r < 1

• Je ungleichförmiger der Boden ( je größer die Ungleichförmigkeitszahl), desto besser ist die Verdichtbarkeit.

• Nur auf nichtbindige Böden!

• Dichteste und lockerste Lagerung!

1. Zustandsform des Bodens

   • I c = W L - W / Ip

1. I c = 0 -> Fließgrenze

   • Ic < 0 Boden ist im flüssigen Zustand

2. I c = 1 -> Ausrollgrenze

   • I c > 1 halbfest / fest

nichtbindige Böden

• D= (max n - n) / (max n - min n)

• D = 0 (locker)

• D = 1 (sehr dicht)

• Ja, da in der Natur größere Auflasten auftreten können als im Versuch!

• Verdichtungsversuch im Labor

• Verdichtbarkeit in Abhängigkeit vom Wassergehalt bei definierter Verdichtungsarbeit

a) = (1-u)

b) = (1-u) (1+w)

c) = (1-u) + u

d)

• = Wichte unter Auftrieb

• = Strömungskraft

• = wirksame Wichte bzw. die durch Grundwasserströmung umgelenkte Wichte des Bodens.

• gut durchmischte Probe in 3 Lagen einlassen, 25 Schläge mit 25 kN Gewicht aus 30 cm Fallhöhe verdichten

  -> w und bestimmen, 5 mal mit steigendem Wassergehalt

• Wassergehalt ↑ Reibungskräfte ↓ Verdichtbarkeit ↑

• ab best. Wassergehalt (w opt) sinkt Verdichtbarkeit, da Porenwasser nicht mehr mit dyn. Kräften verdrängt werden kann

• an der Stelle auch: Proctordichte = Maß für die Verdichtbarkeit eines Bodens

k = d10^2 , d10 = wirksamer Korndurchmesser (Abszisse der Körnungslinie bei 10 Gew-.% )

• Einbauanforderung für mineralische Dichtungen ‡ Einbau auf dem nassen Ast der Proctorkurve, da Durchlässigkeit kleiner als bei gleicher Dichte auf dem trockenen Ast

• Beim Einbau geht durch Verdunstung noch Feuchtigkeit verloren!

Ja, denn die max erreichbare Trockendichte ist durch die Sättigungslinie (s r=1) begrenzt. Eine höhere Verdichtung ist nicht möglich! (siehe Skizze der Kurve: Klausur F01, 4)

• fetter, weicher Ton, der in den Flußmarschen von Weser, Ems und Elbe ansteht

• organische Bestandteile

• hoher Wassergehalt

• gründungstechnisch sehr schwierig (Pfähle!)

• Montmorillonit

• Illit

• Chlorit

• Kaolinit

• Anzahl der Schichte

• unterschiedliche Quell-Eigenschaften

a) Montmorillonit

b) Stützflüssigkeit beim Schlitzwandbau; Schmiermittel bei Schildvortrieb /Rohrvortrieb;

a) D= (max n) / (max n - min n) ; 0 bis 1 , auch über 1 in situ

b) Verhältnis der wassergefüllten Poren zum ges. Porenraum; 0 bis 1

c) Schluff, stark feinsandig, schwach tonig

d) eine Bodenprobe, die einer höheren Normalspannung ausgesetzt war, als der aktuellen e) Sie ersetzt den Erdwiderstand unterhalb des Drehpunktes D bei Spundwänden

• Kompressionsbeiwert reduzieren;

• Konsolidierung vorweggenommen;

a) Gewichtsanteile der einzelnen Kornfraktionen

d) Durchlässigkeitsbeiwertk

e) Wassergehalt w

a)  Probenhöhe

c)  Wassergehalt

e)  Porenzahl

• Schlämmanalyse

-nichtbindige Böden: zwischen ihren Einzelteilen herrscht keine gegenseitige

Anziehungskraft

-Liegen in ihrem trockenen Zustand lose aneinander

(Einzelkornstruktur) und haben einen groben Korndurchmesser

>0,06 mm.

-es handelt sich um: Sand, Kies oder Steine

-bindige Böden: Einzelteilchen haften aneinander und bilden zusammenhängende,

formbare Masse.

-wesentlich kleiner <0,0002 mm

-es handelt sich um: Schluffe, Tone oder Lehm

-physikalische Verwitterung: chem. Zusammensetzung des Gesteins bleibt

-chemische Verwitterung: Gestein wird durch Lösungsvorgänge

-biologische Verwitterung: beinhaltet alle zerstörende Wirkungen auf das

Gestein, die von pflanzlichen oder tierischen Organismen ausgehen

-Reibungswiderstand, Durchlässigkeit, Zusammendrückbarkeit

-Kornform: beeinflusst Textur und Isotropie; z.B. kugelig, plattig, gedrungen

-Kornrauigkeit: Spannung-Verformungs-Beziehung und Scherfestigkeit, z.B. kantig, gerundet

-Schüttelversuch, Knetversuch, Reibeversuch, Schneideversuch

-Korngrößenbereiche-/Verteilung, plastische Eigenschaften, organische

Bestandteile und Entstehung

-feste Phase: Mineralbestandteile

-flüssige Phase: Wasser

-gasförmige Phase: Luft / Gas

-auch Hohlraum genannt, befindet sich in der festen Phase und ist mit Wasser

oder Luft gefüllt

-e: bezieht sich auf das Feststoffvolumen und

-n: bezieht sich auf Gesamtvolumen des Bodens

-dient zur Bestimmung der Korndichte

-Darstellung der Kornverteilung, Gibt nur 3 Einteilungen in Sand, Schluff und

Ton. Hat daher geringe Aussagekraft

-gibt Hinweis auf die Tragfähigkeit des Bodens

-Verhältnis des Hohlraumvolumens zum Gesamtvolumen

• beschreibt das Verdichtungsverhalten eines Bodens

1. angefeuchtete, gut durchmischte Probe wird in einen Probezylinder eingeführt

2. insgesamt 3 Lagen: jede Lage wird mit einem Stampfer verdichtet

3. Trockendichte und Wassergehalt werden bestimmt

4. in eine Tabelle notieren

   -> aus dem höchsten Wert der Kurve kann der optimale Wassergehalt wopt sowie die optimale Trockendichte rPr abgelesen werden

• Ungleichförmigkeitszahl U= d60/d10

• Krümmungszahl C = (d30)^2 / (d10*d60)

• Anteil des mit Wasser gefüllten Porenraums

• Porenraum des Bodens mit Wasser gesättigt

• sr = nw / n

  -> Verhältnis der mit Wasser gefüllten Poren zum Gesamtporenanteil

• w = mw / md = (mf-md) / md

• mw = Masse des Wassers; mf = Masse der feuchten Probe; md = Trockenmasse

• Wassergehalt w ist die Masse des in Porenraum vorhandenen Wassers bezogen auf die Trockenmasse md der Bodenprobe (alle natürlichen Böden enthalten Wasser)

• Bei bindigen Böden beschreibt dieser hauptsächlich die Konsistenz

• Bei nichtbindigen Böden beschreibt dieser das Verhalten in Bezug auf die Färbung & Wasseraustritt

• der Boden ist ein dreiphasiges Medium

• 3-Phasen-System:

1. feste Phase = Mineralbestandteile /Mineralische Körper

2. flüssige Phase = Wasser

3. gasförmige Phase = Luft bzw. Gas

• Kornform und Korngröße ( bindig = d < 0,06 mm )

• Wassergehalt w

• Lagerungsdichte D

1. flüssig

   -> wL = Fließgrenze

2. breiig

3. weich -> plastisch (bildsamen)

4. steif

   -> wp = Ausrollgrenze

5. halbfest

   -> ws = Schrumpfgrenze

6. fest

-> Konsistenz von bindigen Böden hängt hauptsächlich vom Wassergehalt ab

• Schlumpfgrenze ist der spezifische Wassergehalt

  ws eines Bodens, unterhalb dessen eine ungestörte Bodenprobe nach Trocknung an der Luft bei 105°C keine weitere Volumenverringerung erfährt

• Die Schlumpfgrenze ws eines Bodens wird durch den Wassergehalt zwischen dem halbfesten und

  dem festen Zustand bestimmt

• von einem bestimmten Wassergehalt an findet keine Volumenabnahme (schrumpfen) des bindigen Bodens mehr statt. Dieser Wassergehalt wird als Übergang von der halbfesten zur festen Zustandsform und damit als Schrumpfgrenze betrachtet

• Der Wassergehalt an der Grenze zwischen dem steifen und halbfestem Zustand wird als Ausrollgrenze wp bezeichnet

• Der Mittelwert des Wassergehaltes aus mindestens 3 Versuchen wird als Ausrollgrenze wp bezeichnet

  
  

• y = spezifische Bodenwichte 18-20 kN/m^3

• y´= spezifische Bodenwichte unter Auftrieb 9-11 kN/m^3

(AfB S.25)

• Feldversuch nach DIN 18196

• Kornverteilung

• Wasseranteil kann nicht unter Auftrieb stehen

• bei nichtbindigen Böden

• D = (max n-n) / (max n-min n)

• Nur auf nichtbindige Böden (Bsp. Sand)

• lockerste (mehr Porenanteil) & dichteste Lagerung (weniger Porenanteil)

• Plastizitätszahl Ip

• Ausrollgrenze wp

• Konsistenz und Lagerungsdichte

• Eigenschaft des Bodens

• Umfang des plastischen Bereichs zwischen wL und wP

• Ip = wL - wP

• Reaktion auf Wasserzugabe durch Konsistenzänderung zum flüssigen Bereich

• beschreibt die Zustandsform des Bodens

  1. Ic = (wL - w) / (wL - wP) = (wL - w) / Ip

  2. Ic = 0 -> Fließgrenze Ic > 0

     -> Boden ist im flüssigen Zustand

     -> natürlicher Wassergehalt liegt bei der Fließgrenze wL

  3. Ic = 1 -> Ausrollgrenze Ic>1 halbfest / fest

     -> natürlicher Wassergehalt liegt bei der Ausrollgrenze wP

(AfB S.2.26)

• a) wL = Wassergehalt liegt am Übergang von der flüssigen zur plastischen Zustandsform ( flüssig - breiig…)

• b) wP = Wassergehalt an der Grenze zwischen plastischem und halbfesten Zustand ( breiig - weich - steif - halbfest)

• c) ws = Wassergehalt zwischen halbfestem und festem Zustand

• Korndichte ps

• Wassergehalt w

• Massefeuchte und trockene Probe mg, md

• Volumen

• weil sie nur durch Schlämmung (Verfahren zur Trennung von Gemischen z.B. Goldkörnchen und Sand) separiert (trennen/absondern) werden können

• die Körner unter < 0,063 mm sind für Siebung zu klein!