2003:CB:8F2E:D300:6774:9A39:6917:133: /* Definition */

2023-10-10T12:45:01Z

Definition

Neue Seite

Der Begriff '''Lagerungsdichte''' wird sowohl in der [[Ingenieurgeologie]] als auch in der [[Bodenkunde]] verwendet. Dabei handelt es sich beides Mal um [[Kennzahl|Kenngrößen]] des [[Boden (Bodenkunde)|Bodens]], jedoch ist
* in der Ingenieurgeologie der Grad der [[Bodenverdichtung|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 (Boden)|Substrat]] mit hoher Dichte oder durch eine hohe Komprimierung der [[Bodenmatrix]] bedingt ist.

== Ingenieurgeologie ==
Die Lagerungsdichte [[Locker-,_Halbfest-_und_Festgestein #Lockergestein|bindiger und nicht bindiger]] Böden gibt hier an, wie stark verdichtet ein Boden und wie groß sein [[Pore]]n<nowiki/>gehalt ist. Die Lagerungsdichte wird hier in [[Normung|genormten]] Versuchen ermittelt.

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

=== Definition ===
Die Lagerungsdichte <math>D</math> ist definiert als:

:<math>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}} < 1</math>

mit
* dem Porenanteil <math>n</math> der Bodenprobe
** <math>n_\text{max}</math> bei lockerster Lagerung
** <math>n_\text{min}</math> bei dichtester Lagerung
* der Trockendichte <math>\rho_\text{d}</math> (von engl. ''dry'')
** <math>\rho_\mathrm{d, min}</math> bei lockerster Lagerung
** <math>\rho_\mathrm{d, max}</math> bei dichtester Lagerung.
Der Porenanteil lässt sich aus der [[Porosität]] des Materials ermitteln.

=== Ermittlung der Lagerungsdichte ===
====Nichtbindige Böden ====
Zur Ermittlung der Grenzen <math>n_\text{max}</math> und <math>n_\text{min}</math> nicht bindiger Böden (s. o.) legt die DIN 18126 Versuchsdurchführungen fest. Diese kommen den natürlichen Verhältnissen nahe.

==== Bindige Böden ====
Die Lagerungsdichte bindiger Böden wird durch die Verdichtung bei [[Belastung (Physik)|Belastung]] erhöht.
Der Verdichtungserfolg hängt ab von:
* [[Kornverteilung]] (Kornzusammensetzung)
* [[Wassergehalt]]
* Verdichtungs[[Leistung (Physik)|leistung]]
* [[Kompressionsarbeit|Verdichtungsarbeit]].
Die Bestimmung des Wassergehalts und der Kornverteilung sind genormt in DIN 18121, DIN 18123-T4 und DIN 18123-T5.

==== Beispiele ====
* trockener, fester, grobstückiger [[Ton (Bodenart)|Ton]] → keine Verdichtung möglich
* nahezu wassergesättigter breiiger Ton → keine Verdichtung möglich.

=== Proctor-Versuch ===
Auch die Verdichtungsarbeit im [[Proctordichte|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 ==
In der Bodenkunde ist die Lagerungsdichte <math>\rho_\text{B}</math> die Dichte des trockenen Bodens. Da eine höhere Porosität durch eine höhere Dichte <math>\rho_\text{f}</math> des [[Feststoff]]<nowiki/>anteils 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).<ref>http://www.soil.tu-bs.de/lehre/Skripte/2013.Skript.Bodenphysik.pdf</ref>

=== Definition ===
:<math>\rho_\text{B} = \frac{m_\text{f}}{V_\text{g}} \left( \leq \rho_\text{f} = \frac{m_\text{f}}{V_\text{f}} \right)</math>

mit
* der Masse <math>m_\text{f}</math> des getrockneten Bodens
* dem Gesamtvolumen <math>V_\text{g} = V_\text{f} + V_\text{H}</math><ref name="Scheffer/Schachtschabel">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.</ref>
* dem Feststoffvolumen <math>V_\text{f}</math>
* dem Hohlraumvolumen <math>V_\text{H}</math>.

=== Weiteres ===
Möchte man hingegen die Dichte des feuchten Bodens angeben, zum Beispiel, um durch Differenzwägung den [[Wassergehalt #Gravimetrischer Wassergehalt|gravimetrischen Bodenwassergehalt]] zu bestimmen,<ref group="Anm.">Der Bodenwassergehalt wird tatsächlich fast ausschließlich als gravimetrischer Bodenwassergehalt über Differenzwägung ermittelt</ref> so ist der Begriff [[Rohdichte]]<ref name="Scheffer/Schachtschabel" /> üblich.

Die Dichte <math>\rho_\text{f}</math> der Festsubstanz ist üblicherweise nahe 2,65 g·cm−3, der Dichte von [[Quarz]], dem häufigsten [[Mineral]] in Böden. Lediglich [[Basisches Gestein|basische magmatische Gesteine]] und deren Minerale können Dichten über 2,7 g·cm−3 aufweisen.<ref>H. Schumann: ''Einführung in die Gesteinswelt.'', 5. Auflage, Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1975, ISBN 978-3-525-42503-9.</ref> Organische Substanz hat eine Dichte von 1,2 – 1,4 g·cm−3.<ref>R. Heinonen: ''Das Volumengewicht als Kennzeichen der „normalen“ Bodenstruktur.'' In: ''Maataloustieteellinen Aikakauskirja.'' (Z. Landwirtsch.-wiss. Ges. Finnland) 32, 81–87 (1960).</ref>

{| class="wikitable"
|+ Übliche Werte für die Lagerungsdichte <math>\rho_\text{B}</math>:<ref>K. H. Hartge und R. Horn: ''Einführung in die Bodenphysik.'', 2. Auflage, Enke, Stuttgart, 1991, ISBN 3-432-89682-4.</ref>
| [[Lehm]]böden
| 1,96 - 1,19 g·cm−3
|-
| [[Sandböden]]
| 1,67 - 1,19 g·cm−3
|-
| [[Schluff]]böden
| 1,53 - 1,19 g·cm−3
|-
| [[Ton (Bodenart)|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]] <math>\varepsilon</math> und die [[Porenziffer]] <math>e</math> des Bodens berechnen:<ref name= "Scheffer/Schachtschabel" />

:<math>\varepsilon = 1 - \frac{\rho_\text{B}}{\rho_\text{f}} \quad \Leftrightarrow \quad e = \frac{\rho_\text{f}}{\rho_\text{B}} - 1</math>

== Siehe auch ==
* [[Bodenmechanik]]

== Anmerkungen ==
<references group="Anm." />

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4203938-1}}

[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]
[[Kategorie:Bodenmechanik]]

Lagerungsdichte - Versionsgeschichte

2003:CB:8F2E:D300:6774:9A39:6917:133: /* Definition */