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Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit Die Wasserdurchlässigkeit eines Bodens wird durch das Darcysche Filtergesetz beschrieben. Grundwasser hat in den meisten Fällen ein Gefälle und folgt der Schwerkraft. Die durch einen Bodenquerschnitt A in der Zeiteinheit strömende Wassermenge Q wird ermittelt. Wasserbewegungen können als laminare und turbulente Strömungen erfolgen. Bei der laminaren Strömung bewegt sich jedes Wasserteilchen in einer bestimmten Bahn, welche die Bahnen der anderen Wasserteilchen nicht schneidet. Bei der turbulenten Strömung sind die Bahnen unregelmäßig. Die Anwendung des Darcyschen Gesetzes setzt laminare Strömung voraus. Diese Voraussetzung ist bei feinkörnigen Böden gegeben. Bei Sanden, Kiesen und Geröllen kann, insbesondere bei lockerer Lagerung und großen Druckgefällen, eine turbulente Strömung auftreten. Der Durchlässigkeitsbeiwert k ist von Korngröße, Korngrößenverteilung, Korngefüge, Lagerungsdichte, Sättigungsgrad usw. abhängig. Die Temperatur des Wassers, welche die Viskosität beeinflusst, hat nur geringen Einfluss. Der Durchlässigkeitsbeiwert k ist die wesentliche Kenngröße zur Wahl eines geeigneten Wasserhaltungsverfahrens bei Baugruben und Leitungsgräben. Er wird benötigt zur Berechnung der Sickerströmung in Deichen und Dämmen. Außerdem ist er ein Kriterium für die Beurteilung der Injizierbarkeit bei der chemischen Bodenverfestigung und wird auch bei der Abschätzung des zeitlichen Verlaufs einer Setzung benötigt. |
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Zusammendrückbarkeit Die Bestimmung der Zusammendrückbarkeit erfolgt im Labor durch den Kompressionsversuch. Hierbei wird eine Bodenprobe einer vertikalen Spannung σ1 ausgesetzt. Die Probe kann dabei seitlich nicht ausweichen und es erfolgt eine spezifische Zusammendrückung s’. Da bei Böden keine lineare Spannungs-Verformungs-Beziehung vorhanden ist, kann eine dem Hookschen Gesetz entsprechende Beziehung zwischen Spannung und Verformung nur für einen bestimmten Bereich definiert werden. Der Verformungsmodul für die einaxiale Verformung bei behinderter Seitenausdehnung wird Steifemodul ES genannt. Die bei der Belastung eines Bodens ablaufenden Vorgänge sind bei bindigen und nichtbindigen Böden unterschiedlich. Bei beiden Bodenarten kann die Zusammendrückung in einen plastischen und einen elastischen Anteil unterteilt werden. Eine elastische Zusammendrückung tritt jedoch meist nur in geringer Größenordnung auf. Weitaus bedeutender sind die bleibenden Verformungen. Sie erfolgen durch Umlagerung der einzelnen Bodenkörner in eine neue, dichtere Lagerung. Die erreichbaren Verformungen unter einer bestimmen Belastung sind bei einem locker gelagerten Boden stets größer als bei einem dicht gelagerten Boden. Für den Zusammendrückungsversuch, auch Verdichtungs-, Kompressions- oder Ödometerversuch genannt, liegt zur Zeit keine gültige Norm vor. Die Versuchsdurchführung erfolgt im Wesentlichen nach Schultze/Muhs. Bestimmung der Scherfestigkeit Die Scherfestigkeit τf ist der größte Widerstand, den ein Boden einer Scherbeanspruchung entgegenzusetzen vermag. Sie ist abhängig von der Normalspannung σ, von der Beschaffenheit der Bodenteilchen, von der Phasenzusammensetzung und der Struktur des Bodens. Die Scherfestigkeit setzt sich zusammen aus einem Reibungsanteil und einem Kohäsionsanteil. Im Boden herrscht ein räumlicher Spannungszustand mit den drei Hauptspannungen σ1, σ2 und σ3. σ1 ist die vertikale Hauptspannung oder Normalspannung, σ2 und σ3 sind in einem normalen radialsymmetrischen Spannungszustand identisch. Sind alle drei Hauptspannungen gleich, so handelt es sich um eine allseitige Kompression. Bei Unterschieden zwischen den Hauptspannungen treten Schub- oder Scherbeanspruchungen auf. Eine Scherbeanspruchung eines Bodens erfolgt z.B. unter Fundamenten, hinter freistehenden und abgestützten Geländesprüngen sowie bei Böschungen. Bei Überschreitung der Scherfestigkeit kommt es zum Gleiten bzw. Ausweichen eines Bodenkörpers, dessen Form von den Fundamentabmessungen und den äußeren Kräften bestimmt wird. Die Kohäsion c ist diejenige Scherfestigkeit eines Bodens, die bei fehlender Normalspannung vorhanden ist. Die Scherfestigkeit eines Bodens ist die zentrale Bodeneigenschaft, die alle Stabilitätsuntersuchungen maßgeblich beeinflusst. Sowohl Tragfähigkeit von Gründungen, Standsicherheit von Böschungen und sämtliche Erddruckaufgaben (Baugruben) sind nur bei Kenntnis der Scherparameter zu lösen. |
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