Im Bauwesen sind Bodeneigenschaften wichtig, insbesondere wie sich verschiedene Bodenarten unter Belastung verhalten und wie die Gebäude selbst darauf Einfluss haben. Es gibt eine Spezialdisziplin, die sich mit der Festigkeit und Stabilität von Bodenmassen und den Bedingungen für deren Nutzung als Fundamente für den Bau von Bauwerken befasst. Betrachten wir, was im Konzept der Bodenmechanik enthalten ist und wie Bodenparameter richtig berechnet werden.
Bodendichte
Die Dichte ist eine Bodeneigenschaft, die durch das Verhältnis von spezifischem Gewicht zu Volumen bestimmt wird.Dies hängt von der mineralogischen Zusammensetzung des Bodens sowie vom Grad der Dispersion ab, weshalb Tonböden trotz gleicher Mineralzusammensetzung dichter sind als Sandböden.
Unter den physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Böden gilt die Dichte als eine der wichtigsten. Ihr Zustand kann anhand ihrer charakteristischen Dichte beurteilt werden. Die Bestimmung der Dichte ist beim Bau von Straßen und Gebäudefundamenten (um Spannungen entlang der Basis zu verteilen), bei der Verlegung von Kommunikationsmitteln, bei der Berechnung der Widerstandsfähigkeit von Hängen gegen Erdrutsche, bei der Setzung errichteter Gebäude und bei der Bestimmung des Volumens von Erdarbeiten erforderlich.
Die Dichte beeinflusst die Bodendurchlässigkeit. Wenn es nass ist oder eine gute Saugfähigkeit aufweist, kann es nach dem Bau des Gebäudes schrumpfen; im Winter entsteht ein weiteres Problem – Frostauftrieb. Wenn Sie die Dichte des Bodens kennen, können Sie die Zerstörung oder Überschwemmung eines Gebäudes verhindern und geeignete Baumaterialien auswählen.
Teilchendichte
Dies ist eine physikalische Eigenschaft des Bodens; sie hängt von der mineralischen Zusammensetzung, organomineralischen und organischen Substanzen ab. Die Partikeldichte ist das Verhältnis der Masse fester Partikel in völlig trockenem (ohne Feuchtigkeit) Boden zu seinem Volumen bei ungestörter Struktur. Abhängig von der Mineralzusammensetzung wird die Dichte der Partikel durch die strukturellen Bindungen und die Struktur sowie die Porosität des Bodens bestimmt. Je mehr Mineralien der Boden enthält und je geringer die Porosität, desto dichter ist er.
Basierend auf dem Wert der Partikeldichte werden die Werte der Festigkeits- und Verformungseigenschaften ermittelt, anhand derer die Tragfähigkeit von Böden und die Möglichkeit ihrer Verwendung für den Bau von Bauwerken beurteilt werden.
Bodenfeuchtigkeit
Die Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis der im Boden enthaltenen Flüssigkeitsmasse zu seiner Trockenmasse. Von dieser Eigenschaft hängt die Tragfähigkeit des Bodens ab.Bei fast allen Böden, außer grobem Gestein und grobem Sand, nimmt die Tragfähigkeit mit zunehmender Luftfeuchtigkeit ab. Bei einer wassergesättigten Sorte ist sie also geringer als bei einer trockenen.
Die Luftfeuchtigkeit wird im Labor mit der Verdichtungsmethode bestimmt, das heißt, es wird ermittelt, bei welcher Luftfeuchtigkeit der Boden die größte Dichte annimmt. Die Kennlinie wird als Prozentsatz von 0 bis 100 % ausgedrückt. Die optimale Luftfeuchtigkeit für Sand beträgt 8–14 %, für sandigen Lehm 9–15 %, für Lehm 12–18 % und für Ton 16–26 %.
Benotung
Die granulometrische oder mechanische Zusammensetzung ist der prozentuale Anteil von Partikeln unterschiedlicher Größe im Boden oder Gestein, unabhängig von der chemischen und mineralischen Zusammensetzung. Bodenpartikel sind isolierte Überreste von Gesteinen, Mineralien, amorphen Verbindungen und anderen Bodenbestandteilen, die in einer chemischen Bindung stehen. Partikel ähnlicher Größe werden zu Fraktionen zusammengefasst. Es gibt folgende Arten bodenmechanischer Elemente: organomineral, organisch und mineralisch.
Die landwirtschaftlichen Produktionseigenschaften des Bodens hängen von der mechanischen Zusammensetzung ab, beispielsweise der Fähigkeit, Feuchtigkeit und Luft durchzulassen und zu speichern, den Prozessen der Stoffbewegung, Ansammlung und Umwandlung, der Struktur, dem Wärme- und Luftregime.Und letztendlich hängt es davon ab, wie fruchtbar das Land sein wird, sowohl mit ständiger Bewirtschaftung, Bewässerung und Düngung als auch ohne.
Trockene Bodendichte
Sie ist definiert als das Verhältnis der Masse des absolut trockenen Bodens (ohne Feuchtigkeit in den Poren) zum Volumen unter Berücksichtigung des Porenvolumens. Die Kenngröße wird in g pro Kubikmeter gemessen. Es kann bestimmt werden, wenn der Feuchtigkeitsgehalt und die Porosität bekannt sind. Berechnungen werden unter Laborbedingungen durchgeführt.
Porositätskoeffizient
Der Koeffizient zeigt das Vorhandensein kleiner Hohlräume im Boden. Berechnet als prozentuales Verhältnis zwischen dem Hohlraumvolumen und dem Gesamtvolumen. Um den Wert auf unterschiedlichen Böden zu ermitteln, kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. In Tonböden wird die Porosität aufgrund der Kohäsion anhand des Volumens und des spezifischen Gewichts des untersuchten Bodens bestimmt.
Die Bestimmung des Porositätskoeffizienten ist zur Bauvorbereitung notwendig, da ein Zusammenhang zwischen ihm und anderen Eigenschaften besteht. Die Höhe der Tragfähigkeit hängt vom Porositätsindex ab und nimmt mit abnehmender Porosität ab. Ohne Informationen zur Porosität ist es unmöglich, den Grad des Bodenwiderstands zu kennen oder die mögliche Verformbarkeit von Gebäuden zu bestimmen.
Verformungen von Gebäuden entstehen durch die Bewegung und Kompressibilität von Bodenpartikeln, beispielsweise durch den Einfluss von Niederschlägen. Eine geringe und gleichmäßige Feuchtigkeit verringert nicht die Stabilität von Gebäuden, eine große Feuchtigkeitsmenge kann jedoch zu unerwünschten Verformungen führen. Noch gefährlicher sind ungleichmäßige Niederschläge, die zu Verschiebungen und Kippungen und damit zu einer Überbeanspruchung tragender Strukturen führen können. Wenn die Kompressibilität des Bodens unter verschiedenen Teilen des Fundaments nicht gleich ist oder die Belastung unterschiedlich ist, kann es häufig zu Verformungen des Gebäudes in Form von Rissen und Setzungen kommen.
Luftfeuchtigkeit
Dies ist das Verhältnis der natürlichen Bodenfeuchtigkeit zum Feuchtigkeitsgehalt, der dem Feuchtigkeitsgehalt bei mit Wasser gefüllten Poren entspricht, in denen keine Luftblasen verbleiben. Böden mit Indikatoren von 0 bis 0,5 gelten als feuchtigkeitsarm, nass – von 0,5 bis 0,8 und wassergesättigt – von 0,8 bis 1. Lehmböden sind oft feuchter, Sandböden sind dementsprechend trocken.
Rechner zur Berechnung von Bodenparametern
Bei der Planung von Gebäuden kommen unterschiedliche Berechnungsmodelle zum Einsatz, die für Böden unterschiedlicher Komplexität eingesetzt werden. Bei allgemeinen Aufgaben ist die Hauptbewertung die Tragfähigkeit, die Aufschluss über die Festigkeits- und Verformungseigenschaften der Fundamente gibt. Grundlegende Berechnungsmodelle können jedoch dabei helfen, sie für bestimmte Aufgabenstellungen zu berechnen.
Um die Berechnungen bei der Erstellung eines Projekts zu vereinfachen, wird die Prandtl-Formel verwendet, mit deren Hilfe die Tragfähigkeit des Bodens berechnet werden kann. Um den Grad der Stabilität und Festigkeit des Untergrundes zu bestimmen und mögliche Verformungen zu bestimmen, ist es notwendig, den Grad der Beanspruchung zu bestimmen. Hierzu können Gleichungen angewendet werden, die auf dem linearen Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung basieren, beispielsweise das Hookesche Gesetz. Daher sollte die Belastung des Fundaments nicht größer sein als der maximale Bodenwiderstand.
Die Berechnung erfolgt auf Basis der Tragfähigkeit, um den möglichen Stabilitätsverlust des Gebäudes, die Art der Zerstörung, den Grad der Verformung und deren Art zu ermitteln. Es wird auch der Zustand berechnet, unter dem der normale Betrieb schwierig sein kann, die Haltbarkeit des Gebäudes wird aufgrund der Möglichkeit von Setzungen, Kippungen usw. verringert.
Die physikalischen Eigenschaften von Böden sind die bestimmenden Merkmale, anhand derer der Zustand des Bodens bestimmt werden kann und die Möglichkeit, Parameter unter dem Einfluss verschiedener physikalischer und chemischer Faktoren zu verändern.
Um die Art des Bodens und sein Verhalten als Baugrundlage sowie die für Entwurfsentscheidungen erforderlichen Eigenschaften zu bestimmen, ist die Bestimmung physikalischer und mechanischer Eigenschaften durch Labormethoden Voraussetzung.
