Vorlesung 2

Question 1

Kapillare Steighöhen und Kapillareffekt:

Answer 1

• Feiner Sand: h = 0,1 – 0,5 m
• Schluff: h = 0,5 – 2,0 m
• Löss: h = 2,0 – 5,0 m
• Lehm: h = 5,0 – 15,0 m
• Ton (mager): h = 20,0 – 50,0 m
• Ton (fett): h > 50,0 m
• Kapillareffekt: mit abnehmendem Durchmesser der Kapillare nimmt die Steighöhe nicht-linear zu
• Analog: je kleiner die Poren in einem Boden desto größer die Kapillarwirkung

Question 2

Lagerungsdichte:

Answer 2

• Eine wichtige bodenmechanische Kenngröße von Böden ist die Lagerungsdichte
  
  • Erlaubt erste Abschätzung der Verdichtbarkeit
  • Beeinflusst viele bautechnische Entscheidungen , vom Einsatz von Bodenverbesserungsmaßnahmen bis hin zur Tragfähigkeit
• Unterschied zwischen nichtbindigen und bindigen Böden:
  
  • Nichtbindige Böden: Bestimmung der dichtesten* und *lockersten Lagerung
  • Bindige Böden: Bestimmung der Proctordichte (wird aber auch für nichtbindige Böden verwendet)

Question 3

Zustandsformen bindiger Bodenarten:

Answer 3

• Bindige Böden ändern mit Wassergehalt ihre Zustandsform:
  
  • Hoher Wassergehalt: breiig
  • Mittlerer Wassergehalt: plastisch
  • Tiefer Wassergehalt: fest
• Grund: Oberflächenkräfte
• Bestimmung der:
  
  • Fliessgrenze (W_L)
  • Ausrollgrenze (W_P)
  • Schrumpfgrenze (W_S)

Question 4

Nachprüfen der Verdichtung:

Answer 4

• Entnahme der Bodenprobe
• Plattendruckversuch
• Rammsondierung
• Drucksondierung

Question 5

Zustandsformen, Konsistenzgrenzen (Ausrollgrenze W_p):

Answer 5

• Ausrollgrenze: Wassergehalt bei dem eine 3-4 mm dicke Bodenprobe beim Ausrollen zu zerbröckeln beginnt ⇒ Mindestens 3 Tests

Question 6

Zustandsformen, Konsistenzgrenzen (Schrumpfgrenze W_S):

Answer 6

• Ton quillt bei Wasseraufnahme und schrumpft bei Wasserabgabe
• Unter einem bestimmten Wassergehalt bleibt das Volumen konstant

Question 7

Aktivitätszahl (Skempton) I_A Fliessgrenzen und Aktivitätszahl feinkörnigen Böden:

Answer 7

• Zusammenhang zwischen Plastizität und Tongehalt
  
  • Wenn I_A ungefähr 1 ist, gibt die Plastizitätszahl einen direkten Hinweis auf den Anteil der Tonfraktion im Feld
• Tonfraktion kann sehr heterogen sein
  
  • Je höher der Anteil quellfähiger Tonminerale, desto höher Wasserbindevermögen und Plastizität
  • ⇒ Aktivitätszahl

Question 8

Porosität und Porenzahl (DIN 18125):

Answer 8

Porosität n:

n = V_p/V (0 <= n <= 1)

Porenzahl e:

e= V_p/V_S (0<= e <= unendlich)

• Zusammenhang zwischen Porosität und Porenzahl:

n = e/1+e

bzw.

e = n/1-n

Question 9

Korndichte p_s:

Answer 9

Korndichte *p_s*:

p_s = m_d/v_k [g/cm³]

m_d = Trockenmasse der festen Einzelbestandteile des Bodens

V_k = Volumen der festen Einzelbestandteile

Question 10

Dichte p, Wichte γ, Trockendichte p_d:

Answer 10

Dichte *p*:

• Dichte bezieht sich auf die Masse

p = m/V [g/cm³]

Wichte *γ*:

• Wichte bezieht sich auf das spez. Gewicht eines Körpers

γ = pg [kN/m³]

(g = 9,81 m/s²)

Trockendichte *p_d*:

p_d = m_d/V = p/ 1+w

[g/cm³]

Question 11

Bei Teilfüllung durch Wasser gilt folgende Abstufung:

Answer 11

• 0 % Wasser*: trocken
• 25 % Wasser*: feucht
• 50 % Wasser*: sehr feucht
• 75 % Wasser*: nass
• 100 % Wasser*: sehr nass
• > 100 % Wasser*: wassergesättigt

Question 12

Kapillarkräfte:

Answer 12

• Im vollständig gesättigten Böden (Boden,Wasser) keine Kapillarkräfte
• Ist ein Boden teilweise gesättigt liegen 3 Phasen vor (Boden, Wasser, Luft)
• Zwischen der Luftphase und der Wasserphase bestehen Oberflächenkräfte (Zugkräfte)
  
  • ⇒ Kapillare Saugspannung
• Diese Zugkräfte sorgen für eine erhöhten Zusammenhalt des Bodens ähnlich wie die Kohäsion
  
  • ⇒ scheinbare Kohäsion
• Kapillare Saugspannungen beeinflussen demnach viele Eigenschaften bindiger, feinkörniger Böden:
  
  • Festigkeit
  • Steifigkeit
  • Durchlässigkeit, Etc.

Question 13

Kapillarkräfte, typische Wasserspannungskurven:

Answer 13

• Sand: sehr wenig Wasser in kleinen Poren gebunden
• Ton: sehr viel Wasser in kleinen Poren gebunden

Question 14

Wasser im Boden:

Answer 14

• Schichtgittern Tonminerale
• Absorptionswasser (an Bodenkörnern)
• Porenwinkelwasser bzw. Kapillarwasser
• Mobiles Porenwasser

Question 15

Wassergehalt w und Sättigungszahl S_r:

Answer 15

_Wassergehalt w_:

w = m_w/m_{<strong><em>d</em></strong>} [g/cm³]

m_d = Trockenmasse der festen Bestandteile des Bodens

m_{<strong>w</strong>} = Masse des Wassers im Boden

Sättigungszahl S_r:

S_r = n_w/n

S_r = mit Wasser gefüllter Porenanteil / (Gesamt-) Porenanteil

Question 16

ENSLIN-Gerät (nach NEFF):

Answer 16

• Eigenschaft eines bei 60°C getrocknetern Bodens Kapillarwasser anzusaugen und dieses zu halten
  
  • max. 24h
• Index für Plastizität des Bodens und Tonminerale

Question 17

Lagerungsdichte nichtbindiger Böden, Dichteindex I_D:

Answer 17

Dichteindex I_D:

I_D = e_max-e_n/e_max-e_min

e_max: Porenzahl bei lockerer Lagerung

e_min: Porenzahl bei dichtester Lagerung

e_n: Porenzahl bei natürlicher Lagerung

Question 18

Lagerungsdichte bindiger Böden, Proctordichte:

Answer 18

• Proctorversuch
  
  • entspricht Verdichtungsgerät auf Baustelle
  • volumenbezogene Arbeit von rund 0.6 MNm/m³
    
    • 5 Versuche mit abnehmenden Wassergehalt in 3 Lagen einstampfen
    • Ermittlung der erreichten Verdichtung und des zugehörigen Wassergehalts
• Wasser wirkt als Schmiermittel!
  
  • W klein: Verlust Verdichtungsenergie durch Reibung ⇒ sperrige Struktur
  • W hoch: Verlust Verdichtungsenergie durch Porenwasser ⇒Nur bei optimalen Wassergehalt erreicht man optimale verdichtung

Question 19

Sättigungskurve:

Answer 19

• Meist wird neben der Proctorkurve auch noch die Sättigungslinie dargestellt (S_r = 1)
• Die Sättigungslinie ist von der Korndichte p_s abhängig und verdeutlicht die Beziehung zwischen der Trockendichte p_d und dem Wassergehalt w in Abhängigkeit der Sättigung S_r
• Trockendichten oberhalb der Sättigungslinie sind nicht möglich!
• Horizontaler Abstand zwischen Sättigungslinie und Proctorkurve ist ein Maß für den Luftanteil im Boden

Question 20

Einfluss der Bodenart:

Answer 20

• Auch rollige Böden können getestet werden
• Wenig Feinanteil ⇒ hohe Proctordichte und oft steiler Verlauf der Kurve ⇒ optimaler Wassergehalt einfach bestimmbar, macht aber wenig Sinn, da überschüssiges Wasser sofort drainiert wird
• Hoher Feinanteil ⇒ kleine Proctordichte und oft flacher Verlauf der Kurve ⇒ Verdichtbarkeit wenig sensitiv auf Wassergehalt

Question 21

Modifizieter Proctorversuch:

Answer 21

• Bei der Planung sehr schwerer Verdichtungsmaschinen ist es erforderlich den Versuch zu modifizieren
• Volumenbezogene Arbeit von rund 2.7 MNm/m³anstatt 0.6 MNm/m³

Question 22

Verdichtungsgrad D_Pr (DIN 18125):

Answer 22

Verdichtungsgrad D_Pr:

• Erzielte Verdichtung auf der Baustelle wir durch den Verdichtungsgrad (D_Pr) ausgedrückt:

D_Pr = (p_d/p_Pr)* 100 [%]

p_{<strong>d</strong>} = Trockendichte des Verdichteten Bodens

p_Pr = Proctordichte

• Bei Erdarbeiten wird in der Regel ein Verdichtungsgrad >95% gefordert

Question 23

Zustandsformen, Konsistenzgrenzen (DIN 18122):

Answer 23

• Plastizitätseigenschaften sind durch zwei Grenzen definiert:
  
  • Die Fließgrenze w_L und die Ausrollgrenze w_P
• Beides sind Wassergehalte bei einem bestimmten Zustand des Bodens
  
  • Liegt der Wassergehalt** bei der **Fließgrenze, so befindet sich der Boden beim Übergang zwischen plastisch** und **zähflüssig
  • Liegt der Wassergehalt bei der Ausrollgrenze, so befindet sich der Boden beim Übergang zwischen plastisch** und **halbfest
• Zur Bestimmung dieser beiden Konsistenzgrenzen (nur bindige Böden) müssen gröbere Anteile aus dem Boden entfernt werden (> 0,5 mm)
• Zudem wird häufig die Schrumpfgrenze w_{<em><strong>S</strong></em>} ermittelt
  
  • keine Konsistenzgrenze

Question 24

Zustandsformen, Konsistenzgrenzen (Fließgrenze w_L):

Answer 24

• Fließgrenze:
  
  • Schlagzahl N bei der sich die Furche auf eine Länge von 10mm schliesst
  • Wassergehalt bei N = 25 Fliessgrenze W_L

Question 25

Plastizitätszahl ***I_P***:

Answer 25

***I_P **= W_L/W_P * (Fließgrenze/Ausrollgrenze) ⇒ Größe des plastischen Bereichs * Die *Plastizitätszahl* ist ein ***bodenphysikalischer Kennwert*** der _keine_ Aussage über den *aktuellen Zustand eines Bodens* erlaubt!

Question 26

Konsistenzzahl ***I_C*** und Liquiditätszahl ***I_L***:

Answer 26

_Konsistenzzahl ***I_C***:_ * Aktueller Zustand eines Bodens * I_C = w_L-w/w_L-w_P* für ***w = w_P*** wird ***I_P **= 1* für ***w = w_L*** wird ***I_P** = 0* _Liquiditätszahl ***I_L***:_ * Aktueller Zustand eines Bodens; ergänzend ***I_L = w-w_P/I_P = 1-I_C*** ***W*** = natürlicher Wassergehalt ***W_P*** = Wassergehalt an der Ausrollgrenze ***W_L*** = Wassergehalt an der Fließgrenze

Question 27

*Konsistenzbalken* mit der Abhängigkeit vom ***Feldversuch***:

Answer 27

**_Feldversuch:_** a) ***breiig*** ist ein Boden, der beim Pressen in der Faust zwischen den Fingern *hindurch quillt* b) ***weich*** ist ein Boden, der sich *leicht kneten* lässt; c) ***steif*** ist ein Boden, der sich *schwer kneten*, aber in der Hand bis zu 3 mm dicken Röllchen *ausrollen lässt, ohne zu reißen oder zu bröckeln* d) ***halbfest*** ist ein Boden, der sich beim Versuch, ihn zu 3 mm dicken Röllchen auszurollen, zwar *bröckelt und reißt*, aber doch noch feucht genug ist, um ihn *erneut zu einem Klumpen* formen zu können; e) ***fest*** (hart) ist ein Boden, der *ausgetrocknet ist* und dabei meist *hell aussieht*. Er lässt sich *nicht mehr kneten*, sondern *nur zerbrechen*; ein nochmaliges Zusammenballen der Einzelteile ist nicht mehr möglich.