Fachlexikon Bodenmechanik & Verdichtungsprüfung

Unter Baugrund versteht man im Allgemeinen den Bereich des Bodens auf dem ein Bauwerk errichtet werden soll. Vor Beginn der Baumaßnahme ist eine Baugrunderkundung erforderlich. Der Umfang ist von der Größe und dem Zweck des Bauvorhabens abhängig.

Die Bodenmechanik ist ein Teilgebiet der Geotechnik und untersucht die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Böden sowie deren Verhalten als Baugrund. Sie bildet die wissenschaftliche Grundlage für die Planung, Bemessung und Ausführung von Bauwerken und Verkehrsflächen, insbesondere im Straßen- und Erdbau. Durch die Analyse von Tragfähigkeit, Verformungseigenschaften und Scherfestigkeit des Bodens können Standsicherheitsnachweise und Setzungsberechnungen durchgeführt werden, um die Stabilität und Dauerhaftigkeit von Bauwerken unter Verkehrs- und Bauwerkslasten sicherzustellen.

Der dynamische Lastplattendruckversuch wird mit einem Fallgewichtsgerät ausgeführt. Dabei wird ebenfalls eine Stahlplatte von 300 mm Durchmesser mit einem frei in ein Federpaket fallenden Gewicht von 10 kg belastet. 

Auf der Lastplatte befindet sich ein Beschleunigungssensor, der die Bewegung, also das Eindringen der Lastplatte in die zu prüfende Schicht, aufzeichnet.

Aus dem Beschleunigungssignal wird nach den Regeln der Mechanik mit zweifacher Integration der Setzungsweg errechnet. Aus diesem Wert wird unter Anwendung der Bodenmechanik der dynamische Verformungsmodul E_vd berechnet. Wie in der Tabelle zu den Anhaltswerten zu erkennen ist, verhält sich E_v2/E_vd ebenfalls wie 2 zu 1, so dass der E_vd Wert etwa dem E_v1 Wert entspricht. In anderen Ländern wird dieser Bezug auch als Grundlage zur Umrechnung benutzt.

Minerale sind natürliche, homogene Festkörper mit einer charakteristischen chemischen Zusammensetzung und atomaren Struktur. Sie sind bis auf wenige Ausnahmen anorganisch und kristallin.

Minerale lassen sich daher in erster Näherung nach ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Zu den elementaren Merkmalen zählen:

• Korngröße
• Kornfestigkeit
• Kornrauhigkeit
• Frostbeständigkeit
• Feinkorn
• Rundkorn
• Brechkorn

Der Proctorversuch wird im Erdbaulabor ausgeführt. Das verwendete Einbaumaterial wird mit verschiedenen Wassergehalten und konstanter Verdichtungsenergie in einen Proctortopf eingebaut.

In Abhängigkeit des Materials ergibt sich die Proctorkurve mit einem mehr oder weniger stark ausgeprägten Maximum, das anzeigt, bei welchem Wassergehalt die maximale Bodendichte in g/cm³ zu erwarten ist.

Die Siebkurve oder auch Korngrößenverteilung trifft eine Aussage über bindig oder nicht-bindig sowie die Verdichtbarkeit eines Bodens.

Beim statischen Lastplattendruckversuch wird eine Stahlplatte mit 300 mm Durchmesser mit Hilfe eines hydraulischen Wagenhebers und eines Gegengewichtes (etwa 10 t) stufenweise bis 5 t belastet. Zwischen den einzelnen Belastungsstufen ist abzuwarten bis die gemessene Setzung, also das Eindringen der Lastplatte in die zu prüfende Schicht, zum Stillstand gekommen ist. Aus den Werten von Kraft und Setzung wird nach dem Sekantenverfahren über ein Polynom zweiten Grades der Verformungsmodul E_v1 berechnet.

Nach einer Entlastung mit Pausenzeit erfolgt eine Zweitbelastung nach gleichem Vorgehen. Das Ergebnis ist der Verformungsmodul E_v2.

Bei einem gut verdichteten Boden wird das Verhältnis E_v2/E_v1 mit zwei angegeben.

Der s/v-Wert beschreibt das dynamische Verhalten also das Verhältnis von Elastizität und Dämpfung des Bodens.

> Unter der Voraussetzung ähnlicher Setzungen erzeugt eine hohe Setzungsgeschwindigkeit, ausgelöst durch ein elastisches Verhalten, einen s/v-Wert < 3,5.

> Ein langsames Eindringen der Lastplatte, verursacht durch eine große Dämpfung des Bodens, erzeugt s/v-Werte > 3,5.

Die Trockendichte wird ermittelt, indem eine Bodenprobe aus der verdichteten Tragschicht gezogen und das entnommene Volumen bestimmt wird (Ausstechzylinder, Ballonmethode, Sandersatzverfahren).

Die Probe wird im Labor getrocknet und ausgewogen.

Das Ergebnis in g/cm³ wird zur Bestimmung des Verdichtungsgrades eingesetzt.

Das Verhältnis von Trockendichte zu maximaler Proctordichte gibt den Verdichtungsgrad in % an.

Dabei sind auch Werte über 100% möglich, wenn die Verdichtungsarbeit auf der Baustelle größer als im Proctortopf war.

Der Verformungsmodul wird mit dem statischen und mit dem dynamischen Lastplattendruckversuch bestimmt.

Der Verformungsmodul leitet sich vom Elastizitätsmodul unter Berücksichtigung einer bleibenden Verformung ab. Bei Belastung eines ungebundenen Materials kommt es zu Verschiebungen, die mit Hilfe der Querdehnzahl (Poisson) beschrieben werden.