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Lagerungsdichte Der Begriff wird sowohl in der Ingenieurgeologie als auch in der Bodenkunde verwendet Dabei handelt es s

Lagerungsdichte

Der Begriff Lagerungsdichte wird sowohl in der Ingenieurgeologie als auch in der Bodenkunde verwendet. Dabei handelt es sich beides Mal um Kenngrößen des Bodens, jedoch ist

  • in der Ingenieurgeologie der Grad der Verdichtung des Bodens gemeint
  • in der Bodenkunde dagegen schlicht die Dichte des Bodens.

In letzterem Fall spielt es also keine Rolle, ob eine hohe Dichte z. B. durch ein Substrat mit hoher Dichte oder durch eine hohe Komprimierung der Bodenmatrix bedingt ist.

Ingenieurgeologie Bearbeiten

Die Lagerungsdichte bindiger und nicht bindiger Böden gibt hier an, wie stark verdichtet ein Boden und wie groß sein Porengehalt ist. Die Lagerungsdichte wird hier in genormten Versuchen ermittelt.

Die Wichte (feucht oder trocken) hängt von der Lagerungsdichte ab.

Definition Bearbeiten

Die Lagerungsdichte ist definiert als:

mit

  • dem Porenanteil der Bodenprobe
    • bei lockerster Lagerung
    • bei dichtester Lagerung
  • der Trockendichte (von engl. dry)
    • bei lockerster Lagerung
    • bei dichtester Lagerung.

Der Porenanteil lässt sich aus der Porosität des Materials ermitteln.

Ermittlung der Lagerungsdichte Bearbeiten

Nichtbindige Böden Bearbeiten

Zur Ermittlung der Grenzen und nicht bindiger Böden (s. o.) legt die DIN 18126 Versuchsdurchführungen fest. Diese kommen den natürlichen Verhältnissen nahe.

Bindige Böden Bearbeiten

Die Lagerungsdichte bindiger Böden wird durch die Verdichtung bei Belastung erhöht. Der Verdichtungserfolg hängt ab von:

Die Bestimmung des Wassergehalts und der Kornverteilung sind genormt in DIN 18121, DIN 18123-T4 und DIN 18123-T5.

Beispiele Bearbeiten

  • trockener, fester, grobstückiger Ton → keine Verdichtung möglich
  • nahezu wassergesättigter breiiger Ton → keine Verdichtung möglich.

Proctor-Versuch Bearbeiten

Auch die Verdichtungsarbeit im Proctor-Versuch ist in DIN 18127 genormt, damit vergleichbare Ergebnisse erzielt werden.

  • Der Proctor-Versuch besteht aus 5 Einzelversuchen mit jeweils erhöhtem Wassergehalt.
  • Für jeden Einzelversuch werden die Rohdichte und die Trockendichte gemessen
  • Dann werden die Trockendichten in Abhängigkeit vom zugehörigen Wassergehalt aufgetragen
  • Der Scheitelpunkt der Kurve ergibt die Proctordichte.
  • Daraus folgt der optimale Wassergehalt für die Verdichtung.

Bodenkunde Bearbeiten

In der Bodenkunde ist die Lagerungsdichte die Dichte des trockenen Bodens. Da eine höhere Porosität durch eine höhere Dichte des Feststoffanteils ausgeglichen werden kann, hängt die Lagerungsdichte hier – anders als die Lagerungsdichte in der Ingenieurgeologie – nur mittelbar von der Porosität ab. Sie wird an der ofentrockenen Bodenprobe ermittelt, d. h., nachdem die Bodenprobe bei 105 °C getrocknet wurde (gemäß DIN 19683, Blatt 4).

Definition Bearbeiten

mit

  • der Masse des getrockneten Bodens
  • dem Gesamtvolumen
  • dem Feststoffvolumen
  • dem Hohlraumvolumen .

Weiteres Bearbeiten

Möchte man hingegen die Dichte des feuchten Bodens angeben, zum Beispiel, um durch Differenzwägung den gravimetrischen Bodenwassergehalt zu bestimmen, so ist der Begriff Rohdichte üblich.

Die Dichte der Festsubstanz ist üblicherweise nahe 2,65 g·cm−3, der Dichte von Quarz, dem häufigsten Mineral in Böden. Lediglich basische magmatische Gesteine und deren Minerale können Dichten über 2,7 g·cm−3 aufweisen. Organische Substanz hat eine Dichte von 1,2 – 1,4 g·cm−3.

Übliche Werte für die Lagerungsdichte :
Lehmböden 1,96 - 1,19 g·cm−3
Sandböden 1,67 - 1,19 g·cm−3
Schluffböden 1,53 - 1,19 g·cm−3
Tonböden 1,32 - 0,92 g·cm−3
organische Böden 0,48 - 0,12 g·cm−3

Unter Kenntnis der Lagerungsdichte und der Dichte der Festsubstanz lassen sich die Porosität und die Porenziffer des Bodens berechnen:

Siehe auch Bearbeiten

Anmerkungen Bearbeiten

  1. Der Bodenwassergehalt wird tatsächlich fast ausschließlich als gravimetrischer Bodenwassergehalt über Differenzwägung ermittelt

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. http://www.soil.tu-bs.de/lehre/Skripte/2013.Skript.Bodenphysik.pdf
  2. ↑ F. Scheffer, P. Schachtschabel, neu bearbeitet und erweitert von H.-P. Blume, G. W. Brümmer, U. Schwertmann, R. Horn, I. Kögel-Knabner, K. Stahr, K. Auerswald, L. Beyer, A. Hartmann, N. Litz, A. Scheinost, H. Stanjek, G. Welp, B.-M. Wilke: Lehrbuch der Bodenkunde., 15. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, 2002, ISBN 3-8274-1324-9, S. 163 f.
  3. H. Schumann: Einführung in die Gesteinswelt., 5. Auflage, Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1975, ISBN 978-3-525-42503-9.
  4. R. Heinonen: Das Volumengewicht als Kennzeichen der „normalen“ Bodenstruktur. In: Maataloustieteellinen Aikakauskirja. (Z. Landwirtsch.-wiss. Ges. Finnland) 32, 81–87 (1960).
  5. K. H. Hartge und R. Horn: Einführung in die Bodenphysik., 2. Auflage, Enke, Stuttgart, 1991, ISBN 3-432-89682-4.
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Der Begriff Lagerungsdichte wird sowohl in der Ingenieurgeologie als auch in der Bodenkunde verwendet Dabei handelt es sich beides Mal um Kenngrossen des Bodens jedoch ist in der Ingenieurgeologie der Grad der Verdichtung des Bodens gemeint in der Bodenkunde dagegen schlicht die Dichte des Bodens In letzterem Fall spielt es also keine Rolle ob eine hohe Dichte z B durch ein Substrat mit hoher Dichte oder durch eine hohe Komprimierung der Bodenmatrix bedingt ist Inhaltsverzeichnis 1 Ingenieurgeologie 1 1 Definition 1 2 Ermittlung der Lagerungsdichte 1 2 1 Nichtbindige Boden 1 2 2 Bindige Boden 1 2 3 Beispiele 1 3 Proctor Versuch 2 Bodenkunde 2 1 Definition 2 2 Weiteres 3 Siehe auch 4 Anmerkungen 5 EinzelnachweiseIngenieurgeologie BearbeitenDie Lagerungsdichte bindiger und nicht bindiger Boden gibt hier an wie stark verdichtet ein Boden und wie gross sein Porengehalt ist Die Lagerungsdichte wird hier in genormten Versuchen ermittelt Die Wichte feucht oder trocken hangt von der Lagerungsdichte ab Definition Bearbeiten Die Lagerungsdichte D displaystyle D nbsp ist definiert als D n max n n max n min r d r d m i n r d m a x r d m i n lt 1 displaystyle D frac n text max n n text max n text min frac rho mathrm d rho mathrm d min rho mathrm d max rho mathrm d min lt 1 nbsp mit dem Porenanteil n displaystyle n nbsp der Bodenprobe n max displaystyle n text max nbsp bei lockerster Lagerung n min displaystyle n text min nbsp bei dichtester Lagerung der Trockendichte r d displaystyle rho text d nbsp von engl dry r d m i n displaystyle rho mathrm d min nbsp bei lockerster Lagerung r d m a x displaystyle rho mathrm d max nbsp bei dichtester Lagerung Der Porenanteil lasst sich aus der Porositat des Materials ermitteln Ermittlung der Lagerungsdichte Bearbeiten Nichtbindige Boden Bearbeiten Zur Ermittlung der Grenzen n max displaystyle n text max nbsp und n min displaystyle n text min nbsp nicht bindiger Boden s o legt die DIN 18126 Versuchsdurchfuhrungen fest Diese kommen den naturlichen Verhaltnissen nahe Bindige Boden Bearbeiten Die Lagerungsdichte bindiger Boden wird durch die Verdichtung bei Belastung erhoht Der Verdichtungserfolg hangt ab von Kornverteilung Kornzusammensetzung Wassergehalt Verdichtungsleistung Verdichtungsarbeit Die Bestimmung des Wassergehalts und der Kornverteilung sind genormt in DIN 18121 DIN 18123 T4 und DIN 18123 T5 Beispiele Bearbeiten trockener fester grobstuckiger Ton keine Verdichtung moglich nahezu wassergesattigter breiiger Ton keine Verdichtung moglich Proctor Versuch Bearbeiten Auch die Verdichtungsarbeit im Proctor Versuch ist in DIN 18127 genormt damit vergleichbare Ergebnisse erzielt werden Der Proctor Versuch besteht aus 5 Einzelversuchen mit jeweils erhohtem Wassergehalt Fur jeden Einzelversuch werden die Rohdichte und die Trockendichte gemessen Dann werden die Trockendichten in Abhangigkeit vom zugehorigen Wassergehalt aufgetragen Der Scheitelpunkt der Kurve ergibt die Proctordichte Daraus folgt der optimale Wassergehalt fur die Verdichtung Bodenkunde BearbeitenIn der Bodenkunde ist die Lagerungsdichte r B displaystyle rho text B nbsp die Dichte des trockenen Bodens Da eine hohere Porositat durch eine hohere Dichte r f displaystyle rho text f nbsp des Feststoffanteils ausgeglichen werden kann hangt die Lagerungsdichte hier anders als die Lagerungsdichte in der Ingenieurgeologie nur mittelbar von der Porositat ab Sie wird an der ofentrockenen Bodenprobe ermittelt d h nachdem die Bodenprobe bei 105 C getrocknet wurde gemass DIN 19683 Blatt 4 1 Definition Bearbeiten r B m f V g r f m f V f displaystyle rho text B frac m text f V text g left leq rho text f frac m text f V text f right nbsp mit der Masse m f displaystyle m text f nbsp des getrockneten Bodens dem Gesamtvolumen V g V f V H displaystyle V text g V text f V text H nbsp 2 dem Feststoffvolumen V f displaystyle V text f nbsp dem Hohlraumvolumen V H displaystyle V text H nbsp Weiteres Bearbeiten Mochte man hingegen die Dichte des feuchten Bodens angeben zum Beispiel um durch Differenzwagung den gravimetrischen Bodenwassergehalt zu bestimmen Anm 1 so ist der Begriff Rohdichte 2 ublich Die Dichte r f displaystyle rho text f nbsp der Festsubstanz ist ublicherweise nahe 2 65 g cm 3 der Dichte von Quarz dem haufigsten Mineral in Boden Lediglich basische magmatische Gesteine und deren Minerale konnen Dichten uber 2 7 g cm 3 aufweisen 3 Organische Substanz hat eine Dichte von 1 2 1 4 g cm 3 4 Ubliche Werte fur die Lagerungsdichte r B displaystyle rho text B nbsp 5 Lehmboden 1 96 1 19 g cm 3Sandboden 1 67 1 19 g cm 3Schluffboden 1 53 1 19 g cm 3Tonboden 1 32 0 92 g cm 3organische Boden 0 48 0 12 g cm 3Unter Kenntnis der Lagerungsdichte und der Dichte der Festsubstanz lassen sich die Porositat e displaystyle varepsilon nbsp und die Porenziffer e displaystyle e nbsp des Bodens berechnen 2 e 1 r B r f e r f r B 1 displaystyle varepsilon 1 frac rho text B rho text f quad Leftrightarrow quad e frac rho text f rho text B 1 nbsp Siehe auch BearbeitenBodenmechanikAnmerkungen Bearbeiten Der Bodenwassergehalt wird tatsachlich fast ausschliesslich als gravimetrischer Bodenwassergehalt uber Differenzwagung ermitteltEinzelnachweise Bearbeiten http www soil tu bs de lehre Skripte 2013 Skript Bodenphysik pdf a b c F Scheffer P Schachtschabel neu bearbeitet und erweitert von H P Blume G W Brummer U Schwertmann R Horn I Kogel Knabner K Stahr K Auerswald L Beyer A Hartmann N Litz A Scheinost H Stanjek G Welp B M Wilke Lehrbuch der Bodenkunde 15 Auflage Spektrum Akademischer Verlag 2002 ISBN 3 8274 1324 9 S 163 f H Schumann Einfuhrung in die Gesteinswelt 5 Auflage Vandenhoeck amp Ruprecht Gottingen 1975 ISBN 978 3 525 42503 9 R Heinonen Das Volumengewicht als Kennzeichen der normalen Bodenstruktur In Maataloustieteellinen Aikakauskirja Z Landwirtsch wiss Ges Finnland 32 81 87 1960 K H Hartge und R Horn Einfuhrung in die Bodenphysik 2 Auflage Enke Stuttgart 1991 ISBN 3 432 89682 4 Normdaten Sachbegriff GND 4203938 1 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Lagerungsdichte amp oldid 238034695