Bodenmechanik
Bodenmechanik
Bodenmechanik
-
- 1 / 73
-
Cartes-fiches
Korngrössenbereiche [mm]
- Ton: < 0.002
- Silt: > 0.002 - 0.006 - 0.02 - < 0.06
- Sand: > 0.06 - 0.2 - 0.6 - < 2
- Kies: > 2 - 6 - 20 - < 60
- Steine: > 60 - < 200
- Blöcke: > 200
Kornform:
- kugelig, kubisch, rundlich: durch Eis, Wasser oder Luft transportierte Sedimente
- kantengerundet: unregelmässige Form mit abgerundeten Ecken - entstammt Ablagerungen mit geringer Transportweite
- stengelig: die Länge ist grösser als die Breite/Dicke - Form geologisch bedingt, z.B. tektonisch zerbrochener Fels
- plättchenform: sehr geringe Dicke verglichen zur Länge/Breite; Tone
- plattig und stengelig: Länge > Breite > Dicke - Form geologisch bedingt, z.B. gebrochene Schiefer
- kantig: ebene Oberflächen mit scharfen Ecken - Residualböden (verwitterte Böden), gebrochene Kiese
Siebanalyse:
Bestimmung der Korngrössenverteilung der Körner >= 0.063 mm
Allgemein: Totale Masse und jedes Sieb wägen → Siebvorgang → Sieb plus Siebrückstand wägen → Siebkurve
Trockensiebung
Böden getrocknet → durch Siebsatz mit kleiner werdenden Maschenweiten gerüttelt → nur Körner >= 0.063 mm
Nasssiebung
feine Körner mit Wasser aufgeschlämmt → auf oberstes Sieb → Hinzugeben von Wasser → Probe wird nass gesiebt → Rückstände getrocknet und gewogen
Sedimentationsanalyse
Für Korngrössen < 0.063 mm wird Schlämmanalyse nach der Aräometermethode angewandt
getrocknete und gewogene Probe → mit Ultraschall in Wasser gut dispergiert → abhängig von Partikelgrösse setzen sich Partikel in unterschiedlicher Zeit ab → Dichtemessungen in bestimmten Zeitabständen → Masse der noch in Suspension befindlichen Partikel
dx
Korngrösse, von welcher x Gewichtsprozent kleiner als d sind
Ungleichförmigkeitszahl
\(C_u=d_{60} / d_{10} \)
Krümmung
\(C_k = {d_{30}}^2/(d_{60}*d_{10})\)
Fliessgrenze
wL beschreibt Wassergehalt eines Bodens beim Übergang vom plastischen in den zähflüssigen Zustand
Bestimmung der Fliessgrenze
durch Fallkonusversuch (Konus: 60° Winkel, 60g schwer): wird direkt oberhalb der Bodenprobe fallen gelassen → Eindringtiefe gemessen → < / = / > 10 mm: w < / = / > wL
Ausrollgrenze
wP beschreibt den Wassergehalt eines Bodens beim Übergang vom halbfesten in den plastischen Zustand
Bestimmung der Ausrollgrenze
Bodenprobe wird auf rauer Platte ausgerollt → "Würstchen" (zerbröckeln noch nicht) wieder zusammengeknetet und Vorgang wiederholt → so oft bis Zerbröckeln beginnt (bei einem Durchmesser von ca. 3 mm) → Wassergehalt der ausgerollten Probe bestimmen
Schrumpfgrenze
wS - unterhalb dieses Wassergehalts findet keine weitere Volumenveränderung (Schrumpfen) durch Wasserentzug mehr statt
Plastizitätsindex
\(I_P=w_L-w_P \) [%}
Aktivitätszahl
\(I_A=I_P/q^*\) [%] und q* = %-Anteil der Fraktion < 0.002 mm, bezogen auf ein Maximalkorn von 0.5 mm
Porenzahl
\(e=V_P/V_S\)= Porenvolumen / Volumen der Festsubstanz
Porosität
\(n= V_P/V_{tot}\)=Porenvolumen / Totales Volumen
spezifisches Volumen
\(v=1+e=V_{tot}/V_S\)
Zusammenhang zwischen Porenzahl und Porosität
\(n=e/(1+e)\) und \(e=n/(1-n)\) ausserdem \(v=1/(1-n)\)
Sättigungszahl
\(S_r=V_w/V_P\) = Wasservolumen / Porenvolumen
Luftporenvolumen und Luftporengehalt
\(V_L=V_P-V_w=e*(1-S_r)\)und \(A_L=V_L/V_{tot}=n*(1-S_r)\)
Boden absolut trocken bzw. vollständig gesättigt
Sr = 0, AL = n, VL = e bzw. Sr = 1, AL = 0, VL = 0
Spezifisches Gewicht der Körner
Spezifisches Gewicht des Wassers
\(γ_s\)= Gewicht der Festsubstanz / Volumen der Festsubstanz
\(γ_w=10\)\(kN/m^3\)
Spezifische Dichte
\(\rho_s\)= Masse der Festsubstanz / Volumen der Festsubstanz \([g/cm^3\) \(bzw.\) \(t/m^3]\)
Wassergehalt
\(w=G_w/G_S=(S_r*e*\gamma_w)/\gamma_s\)= Gewicht des Wassers / Gewicht der Festsubstanz
Trockenraumgewicht
Feuchtraumgewicht
\(\gamma_d=G_S/V_{tot}=\gamma_s/(1+e)\)= Gewicht der Festsubstanz / Totales Volumen
\(\gamma=(G_S+G_w)/V_{tot}=(\gamma_s+S_r*e*\gamma_w)/(1+e)\)= Totales Gewicht / Totales Volumen
\(\gamma=\gamma_d*(1+w)\)
Trockendichte
Feuchtdichte
\(\rho_d=M_s/V_{tot}=\rho_s/(1+e)\)
\(\rho=(M_S+M_w)/V_{tot}=(\rho_s+S_r*e*\rho_w)/(1+e)\)= Totale Masse / Totales Volumen
\(\rho=\rho_d*(1+w)\)
Dichteindex
Lagerungsdichte
\(I_D=((e_{max}-e)/(e_{max}-e_{min}))*100\)
\(D=((n_{max}-n)/(n_{max}-n_{min}))*100\)
Konsistenzindex
Liquiditätszahl
\(I_C=(w_L-w)/I_P\)
\(I_L=(w-w_P)/I_P=1-I_C\)
- Homogener Boden
- Mehrschichtiger Boden
- gesättigter Boden
- ungesättigter Boden
- Boden mit Oberflächenbelastung
- Boden unterhalb eines Gewässers
- \(\sigma_v=\gamma*z\)
- \(\sigma_v=\gamma_1*d_1+\gamma_2*d_2+\gamma_3*(z-d_1-d_2)\)
- \(\sigma_v=\gamma_g*z\)
- \(\sigma_v=\gamma*z_w+\gamma_g*(z-z_w)\)
- \(\sigma_v=\gamma*z+q\)
- \(\sigma_v=\gamma_w*z_w+\gamma_g*z\)
- Homogener Boden
- Mehrschichtiger Boden
- gesättigter Boden
- ungesättigter Boden
- Boden mit Oberflächenbelastung
- Boden unterhalb eines Gewässers
- \(\sigma_v=\gamma*z\)
- \(\sigma_v=\gamma_1*d_1+\gamma_2*d_2+\gamma_3*(z-d_1-d_2)\)
- \(\sigma_v=\gamma_g*z\)
- \(\sigma_v=\gamma*z_w+\gamma_g*(z-z_w)\)
- \(\sigma_v=\gamma*z+q\)
- \(\sigma_v=\gamma_w*z_w+\gamma_g*z\)
Hydrostatischer Druck
z ab GWsp: \(u=\gamma_w*z\)
Kapillare Steighöhe hk
Bei feinkörnigen Böden kann Wasser aufgrund von Kapillarkräften vom gesättigten Bereich unterhalb des GWsp in den ungesättigten Bereich gesaugt werden. Dies führt dazu, dass oberhalb des GWsp negative Porenwasserspannungen auftreten können:
- in Silt bis zu 2 m
- in Ton bis zu 20 m
- Effektive Spannung
- Effektive horizontale Spannung
- Totale horizontale Spannung
- \(\sigma'=\sigma-u\)
- \({\sigma_h}'=K*{\sigma_v}'\)
- \(\sigma_h={\sigma_h}'+u\)
Erddruckbeiwert K
K ist abhängig vom wirksamen inneren Reibungswinkel \(\varphi'\)des trockenen Bodens und der Spannungsgeschichte. Der wirksame innere Reibungswinkel \(\varphi'\) von grobkörnigen Böden entspricht näherungsweise der Hangneigung
Erdruhedruckbeiwert
Der Anfangswert von K, K0, wird meist für Langzeitbedingungen des Bodens definiert, wobei keine horizontalen Dehnungen auftreten. Jede Deformation ist eindimensional und vertikal. Dies ist die "Ruhe"-Bedingung. K0 ist abhängig von der Bodenart, der Spannungsgeschichte des Bodens und dem Be- und Entlastungszyklus
\(K_0=1-sin(\varphi')\)
Mass der Überkonsolidation
Abschätzung für K0(OC)
\(OCR={\sigma_{v,max}}'/{\sigma_v}'\)
\(K_0(OC)=K_0(NC)*(OCR)^n\), \(n≈0.5\)
- Aktiver Druck
- Passiver Druck
- Aktiver Druck: Im Falle von lateralen Verschiebungen nach links als Folge eines Aushubs auf der linken Seite der Wand werden die horizontalen Spannungen kleiner und K vermindert sich gegenüber K0. Wenn die Verschiebung den Betrag \(\Delta=\Delta_a\)erreicht, hat sich K bis auf den minimalen Grenzwert Ka reduziert. Die Deformation eines Bodenelements rechts der Wand ist eine Kombination von Setzung und Verschiebung.
- Passiver Druck: Im Falle von lateralen Verschiebungen nach rechts infolge einer Kraftaufbringung auf die Wand werden die horizontalen Spannungen grösser und K vergrössert sich gegenüber K0. Wenn die Verschiebung den Betrag \(\Delta=\Delta_p\) erreicht, hat sich K bis auf den maximalen Grenzwert Kp vergrössert. Die Deformation eines Bodenelements rechts der Wand ist eine Kombination von Hebung und Verschiebung
Lastausbreitung
bei gleichen Bodeneigenschaften und gleicher Belastung pro m2 ist bei einem grösseren Fundament mit mehr Setzung zu rechnen als bei einem kleineren.