Die physikalische Untersuchung von Böden: [Praxis, Messmethoden, Auswertung]
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Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Stuttgart
Schweizerbart
2009
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v
Inhaltsverzeichnis
Vorwort.
XIII
Einleitung. 1
1 Der Zusammenhang zwischen Fragestellung, Probennahme und Ergebnis 3
1.1 Das Prinzip des Beurteilens. 3
1.1.1 Vergleichen, Skalieren, Klassifizieren. 3
1.1.2 Messwerte und Schätzwerte. 3
1.1.3 Richtigkeit, Reproduzierbarkeit, Genauigkeit. 4
1.2 Auswahlprinzipien für Probenentnahmen. 4
1.2.1 Probenanzahl, Flächencharakterisierung. 4
1.2.2 Probenanzahl, Profilcharakterisierung. 5
1.2.3 Probengröße. 5
1.3 Fehlermöglichkeiten. 6
1.3.1 Methodenwahl. 6
1.3.2 Statistische Aspekte der Fehler. 6
1.3.3 Sicherheitsmaßnahmen gegen Fehler. 7
1.4 Darstellung der Ergebnisse. 8
1.4.1 Grandwerte. 8
1.4.2 Weitere Auswertungen. 8
1.5 Protokoll, Laborkladde und Datensicherung auf dem PC. 9
1.6 Literatur. 10
2 Die Entnahme von Bodenproben. 11
2.1 Problemstellung. 11
2.2 Gestörte Proben aus dem Oberboden. 11
2.2.1 Geräte. 11
2.2.2 Entnahme und Verpackung der Proben. 11
2.2.3 Auswertung der Ergebnisse. 12
2.3 Ungestörte Proben aus dem Oberboden (Volumenproben). 13
2.3.1 Geräte. 13
2.3.2 Entnahme und Verpackung der Probe. 13
2.3.3 Vorarbeiten an den Proben. 14
2.3.4 Wahl der Zylindergröße, Notlösung bei Zylindermangel. 14
2.4 Gestörte Proben aus verschiedenen Profiltiefen bis etwa 1
m
. 15
2.4.1 Geräte. 15
2.4.2 Entnahme und Verpackung kleiner Proben. 15
2.4.3 Entnahme und Verpackung größerer Bodenmengen. 16
2.4.4 Verarbeitung der Proben. 17
2.5 Ungestörte Proben aus verschiedenen Profiltiefen bis etwa 1
m
. 17
2.5.1 Geräte. 17
2.5.2 Entnahme der Proben aus Profilgraben und Verpackung. 17
2.5.3 Entnahme aus nicht betretbarer Profilgrube. 18
2.5.4 Verarbeitung der Proben. 20
2.5.5 Auswertung der Ergebnisse. 20
2.6 Literatur. 20
VI
Inhaltsverzeichnis
3 Bestimmung des Wassergehaltes. 21
3.1 Problemstellung. 21
3.2 Bestimmung durch Trocknung bei 105°
С
im Trockenschrank. 21
3.2.1 Prinzip der gravimetrischen Bestimmung. 21
3.2.2 Geräte. 21
3.2.3 Durchführung der Bestimmung. 22
3.2.4 Berechnung der Ergebnisse. 23
3.2.5 Ergebnisse und Fehler. 24
3.2.6 Bemerkungen. 24
3.2.7 Handhabung eines Exsikkators. 25
3.3 Weitere Methoden zur Wassergehaltsbestimmung. 25
3.3.1 Trocknungsverfahren mit gravimetrischer Bestimmung. 25
3.3.2 Verfahren ohne Trocknung. 26
3.4 Rechenbeispiel. 26
3.5 Literatur. 27
4 Bestimmung der Korngrößenverteilung. 28
4.1 Problemstellung. 28
4.2 Vorbehandlung (Dispergierung). 28
4.2.1 Zweck und Ausmaß. 28
4.2.2 Geräte. 29
4.2.3 Durchführung von Vorbehandlung und Einwaage. 29
4.3 Bestimmung der Anteile der
Korafraktion
durch Siebung. 30
4.3.1 Prinzip der Methode. 30
4.3.2 Geräte. 31
4.3.3 Durchführung der Bestimmung. 31
4.3.4 Auswertung der Ergebnisse. 32
4.4 Bestimmung der Anteile der Kornfraktionen mit Hilfe der korngrößen¬
bedingten Sinkgeschwindigkeit. 32
4.4.1 Prinzip der Methode. 32
4.4.2 Geräte für die Sedimentationsmethode. 33
4.4.3 Durchführung der Bestimmung (Sedimentationsmethode). 33
4.4.4 Auswertung der Ergebnisse. 35
4.4.5 Bemerkungen. 36
4.5 Ergebnisse und Fehler. 37
4.5.1 Darstellung der Verteilungen. 37
4.5.2 Fehler der Bestimmungen, Anwendungsbereiche. 38
4.5.3 Häufig vorkommende Korngrößenverteilungen. 39
4.6 Zeichnen einer Summenkurve. 40
4.7 Rechenbeispiele. 41
4.8 Weitere Methoden. 41
4.9 Literatur. 42
5 Die Bestimmung der Dichte des Bodens. 43
5.1 Problemstellung. 43
5.2 Bestimmung der Dichte des Bodens an Proben mit bekanntem Volumen
(Stechzylindermethode). 43
5.2.1 Prinzip der Methode. 43
5.2.2 Geräte. 44
5.2.3 Durchführung der Bestimmung. 44
Inhaltsverzeichnis
VII
5.2.4 Berechnung der Ergebnisse. 45
5.2.5 Rechenbeispiel. 45
5.2.6 Bemerkungen. 45
5.3 Bestimmung der Dichte des Bodens ohne Stechzylinder
(Volumenersatzmethoden). 46
5.3.1 Prinzip der Methoden. 46
5.3.2 Geräte. 46
5.3.3 Durchführung der Bestimmung. 47
5.3.4 Rechenbeispiel. 49
5.3.5 Bemerkungen. 49
5.4 Literatur. 50
6 Bestimmung der Dichte der festen Bodensubstanz. 51
6.1 Problemstellung. 51
6.2 Prinzip der Methode. 51
6.3 Geräte. 51
6.4 Durchführung der Bestimmung (Tauchwägung). 52
6.4.1 Aufbereitung der Proben, Bestimmung des Trockengewichtes. 52
6.4.2 Vorbereitung der Tauchwägung. 52
6.4.3 Die Tauchwägung . 53
6.4.4 Ergänzende Bestimmungen. 53
6.4.5 Bemerkungen. 54
6.5 Berechnung der Ergebnisse. 54
6.6 Ergebnisse und Fehler. 54
6.6.1 Häufigste Werte der Dichte. 54
6.6.2 Fehler der Bestimmung. 55
6.7 Rechenbeispiel. 55
6.8 Weitere Methoden. 56
6.8.1 Arbeitsweise mit Volumenablesungen (Pyknometrie). 56
6.8.2 Bestimmungen mit Hilfe verschieden schwerer Lösungen. 56
6.9 Literatur. 56
7 Bestimmung des Porenraumes (Porenvolumen, Porosität, Porenziffer). 57
7.1 Problemstellung. 57
7.2 Bestimmung durch Berechnung aus Dichtewerten. 57
7.3 Bestimmung durch direkte Messung . 58
7.4 Ergebnisse und Fehler. 58
7.4.1 Häufige Werte des Porenvolumens (PV bzw. n). 58
7.4.2 Häufige Werte der Porenziffer (PZ bzw.
ε)
. 59
7.4.3 Fehler der Bestimmungen. 60
7.5 Rechenbeispiele. 60
7.6 Literatur. 61
8 Bestimmung des Drucksetzungsverhaltens. 62
8.1 Problemstellung. 62
8.1.1 Der einachsiale Zylinderdruckversuch mit seitlicher Begrenzung. 62
8.2 Dracksetzungsmessung. 62
8.2.1 Prinzip der Methode. 62
8.2.2 Geräte. 63
8.2.3 Durchführung der Bestimmung. 64
VIII Inhaltsverzeichnis
8.3 Ergebnisse und Fehler. 66
8.3.1 Ermittlung der Porenziffer. 66
8.3.2 Zeichnen der Dracksetzungskurve und Bestimmung von Vorbelastung
und Verdichtungsverhältnis. 66
8.3.3 Häufige Werte. 67
8.3.4 Fehler der Bestimmung. 69
8.4 Bemerkungen. 69
8.5 Rechenbeispiele. 70
8.6 Weitere Methoden. 70
8.7 Literatur. 71
9 Bestimmung der Scherparameter. 72
9.1 Problemstellung. 72
9.2 Der direkte Scherversuch. 72
9.2.1 Prinzip der Methode. 72
9.2.2 Geräte. 73
9.2.3 Einrichtung des Kreisringschergerätes. 74
9.2.4 Durchführung des Scherversuches. 75
9.3 Auswertung der Messungen. 75
9.4 Ergebnisse und Fehler. 76
9.4.1 Häufigste Werte der Scherparameter. 77
9.4.2 Fehler. 77
9.5 Rechenbeispiele. 77
9.6 Andere Methoden. 79
9.7 Literatur. 80
10 Bestimmung der Wasserspannungskurve. 81
10.1 Problemstellung. 81
10.2 Unterdruckmethode. 81
10.2.1 Prinzip der Methode. 81
10.2.2 Geräte. 82
10.2.3 Durchführung der Bestimmung. 82
10.2.4 Auswertung der Ergebnisse. 84
10.2.5 Bemerkungen. 85
10.2.6 Ergänzende Arbeiten. 87
10.3 Überdrackmethode. 88
10.3.1 Prinzip der Methode. 88
10.3.2 Geräte. 88
10.3.3 Durchführung der Bestimmung. 89
10.3.4 Auswertung der Ergebnisse. 90
10.3.5 Bemerkungen. 90
10.4 Vergleich der Druck- mit der Saugmethode. 92
10.4.1 Prinzipielle Unterschiede. 92
10.4.2 Arbeitstechnische Unterschiede. 92
10.5 Ergebnisse und Fehler. 92
10.5.
1
Darstellung der Ergebnisse. 92
Ї0.5.2
Fehler der Ergebnisse. 94
10.5.3 Häufig vorkommende Ergebnisse. 94
10.6 Bemerkungen. 95
10.6.1
Be-
und Entwässerungskurven. 95
Inhaltsverzeichnis
IX
10.6.2 Zeitbedarf für die Einstellung des Gleichgewichtes zwischen Wassergehalt
und Wasserspannung. 96
10.7 Rechenbeispiele. 97
10.8 Weitere Methoden. 98
10.8.1 Zentrifugalmethode. 98
10.8.2 Dampfdruckgleichgewichte. 98
10.8.3 Nomographische Bestimmung mittels Körnungssummenkurven. 98
10.9 Literatur. 98
11 Aggregatstabilität (Wasserstabilität). 99
11.1 Problemstellung. 99
11.2 Prinzip der Methode (Nasssiebung). 99
11.3 Geräte. 100
11.4 Durchführung der Bestimmung. 100
11.4.1 Vorbereitung der Proben (Lufttrocknung, Oberflächenproben). 100
11.4.2 Die Nasssiebung. 101
11.4.3 Verfahren unter Umgehung der Trocknung (Proben aus Unterboden
und Untergrund). 102
11.5 Auswertung der Ergebnisse. 102
11.5.1 Das Stabilitätsmaß. 102
11.5.2 Die graphische Auswertung. 103
11.5.3 Die rechnerische Auswertung. 104
11.5.4 Ergebnisse und Fehler. 104
11.6 Bemerkungen. 104
11.6.1 Charakterisierung der Aggregierung eines Bodens. 104
11.6.2 Verklebungen. 105
11.7 Rechenbeispiel. 105
11.8 Andere Methoden. 105
11.9 Literatur. 106
12 Bestimmung der Wasserleitfähigkeit. 107
12.1 Problemstellung. 107
12.1.1 Fließwiderstand und Wasserleitfähigkeit. 107
12.1.2 Gesättigte und ungesättigte Wasserleitfähigkeit. 107
12.1.3 Anwendungsbereiche. 107
12.2 Prinzip der Methode. 108
12.2.1 Die Darcy-Gleichung. 108
12.2.2 Dimensionen und Einheiten des Koeffizienten
к
. 108
12.2.3 Ungestörte Lagerung. 109
12.3 Gesättigte Wasserleitfähigkeit. 109
12.3.1 Messprinzip. 109
12.3.2 Geräte. 110
12.3.2.1 Durchführung der Bestimmung. 110
12.3.2.2 Berechnung der Ergebnisse. 113
12.4 Ungesättigte Wasserleitfähigkeit. 113
12.4.1 Messanordnungen. 113
12.4.2 Messung mit direkter Ablesung. 114
12.4.3 Berechnung aus zeitlicher Veränderung der Wasserspannung. 116
12.4.4 Berechnung der Ergebnisse. 118
12.5 Ergebnisse und Fehler.,. 120
X
Inhaltsverzeichnis
12.5.1 Gesättigte
Wasserleitfáhigkeit
. 120
12.5.2 Ungesättigte
Wasserleitfáhigkeit
. 122
12.6 Rechenbeispiele. 123
12.6.1 Gesättigte Wasserleitfähigkeit. 123
12.6.2 Ungesättigte Wasserleitfähigkeit. 124
12.7 Weitere Methoden. 125
12.7.1 Gesättigte Wasserleitfähigkeit. 125
12.7.2 Ungesättigte Wasserleitfähigkeit. 125
12.7 Literatur. 126
13 Messung des Matrixpotentials (der Wasserspannung) im Boden. 128
13.1 Problemstellung. 128
13.2 Tensiometer. 128
13.2.1 Prinzip der Methode. 128
13.2.2 Geräte. 129
13.2.3 Durchführung der Bestimmung. 130
13.2.4 Ergebnisse und Fehler. 132
13.2.5 Bemerkungen. 133
13.2.6 Freilandtensiometer. 134
13.3 Die Gipsblockelektrode. 135
13.3.1 Prinzip der Methode. 135
13.3.2 Geräte. 135
13.3.3 Durchführung der Bestimmung. 135
13.3.4 Auswertung der Ergebnisse. 138
13.3.5 Fehler der Bestimmung. 139
13.3.6 Bemerkungen. 139
13.4 Häufig im Boden vorkommende Wasserspannungen. 140
13.4.1 Allgemeine Größenordnungen. 140
13.4.2 Der Jahresgang. 140
13.4.3 Einfluss der Bodenart (Porengrößenverteilung). 140
13.4.4 Der Einfluss der Tiefe im Profil. 142
13.5 Rechenbeispiele. 142
13.5.1 Tensiometer. 142
13.5.2 Gipsblockelektrode. 142
13.6 Weitere Methoden. 143
13.7 Literatur. 143
14 Bestimmung des Eindringwiderstandes des Bodens mit der Schlagsonde. 145
14.1 Problemstellung. 145
14.2 Prinzip der Methode. 145
14.3 Geräte. 146
14.4 Durchführung der Bestimmung. 146
14.4.1 Die Schlagtechnik. 146
14.4.2 Die Messpunkte. 148
14.5 Auswertung der Ergebnisse. 148
14.5.1 Eindringtiefe in Abhängigkeit von der Tiefe im Boden. 148
14.5.2 Linien gleichen Eindringwiderstandes. 149
14.6 Ergebnisse und Fehler. 149
14.6.1 Natur der Unterschiede. 149
14.6.2 Häufige Ergebnisse. 149
Inhaltsverzeichnis
XI
14.6.3 Streuungen. 150
14.7 Bemerkungen. 150
14.8 Weitere Methoden. 150
14.8.1 Einfachste Schlagsonden und Aushilfsmethoden. 150
14.8.2 Sonden mit anderen Messprinzipien. 151
14.9 Literatur. 151
15 Auswertung örtlich zuordnungsfähiger Messwerte. 152
15.1 Problemstellung. 152
15.2 Prinzip der Methode. 152
15.3 Durchführung der Auswertung. 153
15.3.1 Datenfeld aus statischen Messwerten. 153
15.3.2 Datenfeld aus statischen Messwerten, dazu einzelne Daten über Bewegungs-
(Fluss)vorgänge. 155
15.3.3 Unvollständige Datenfelder, fehlende Messwerte . 157
15.4 Bemerkungen zu Homogenitäts- und Kontinuitätsbedingungen. 158
15.5 Literatur. 158
16 Bestimmung des Spannungszustandes der festen Matrix. 160
16.1 Problemstellung. 160
16.1.1 Kapazitäts-Intensitäts Konzept. 160
16.1.2. Hauptspannungen. 161
16.1.3 Visuelle Ansprache Schürfe und frische Profile. 161
16.2 Ruhedruck als Anisotropieparameter der Intensität. 161
16.2.1 Prinzip, Basisgrößen. 161
16.2.2 Der Ruhedruck. 162
16.3 Der Ruhedruckkoeffizient. 162
16.3.1 Prinzip, Wahl der Basisgrößen. 162
16.3.2 Lagerungskurve als Ausgangsbasis. 163
16.3.2.1 Benötigte Daten. 163
16.3.2.2 Benötigte Geräte. 163
16.3.2.3 Durchführung der Bestimmung. 163
16.3.2.4 Lag-Kurve, zeichnerische Auswertung. 163
16.3.3 Eindringwiderstand (EW) als Ausgangsbasis. 164
16.3.3.1 Benötigte Daten. 164
16.3.3.2 Benötigte Geräte. 164
16.3.3.3 Durchführung der Bestimmung. 164
16.3.3.4 Tiefenfunktion des EW. 164
16.3.4 Bestimmung des Ruhedruckkoeffizienten. 165
16.3.4.1 Auswertung der Lagerangskurve. 165
16.3.4.2 Auswertung der EW-Tiefenfunktion. 166
16.4. Konzentrationsfaktor nach Newmark. 167
16.4.1 Prinzip der Methode. 167
16.4.2 Benötigte Geräte. 168
16.4.3 Durchführung der Messungen. 169
16.4.4 Berechnungsbeispiele. 169
16.4.5 Bemerkungen. 170
16.5. Literatur. 170
XII Inhaltsverzeichnis
Häufige
Umrechungen
. 171
Längen, Flächen, Volumina, Massen, Dichten,
Geschwindigkeit, Kraft. 171
Druck, Energie/Arbeit, Leistung, Ertrag. 172
Fluss, Temperatur. 173
Stichwortverzeichnis. 174 |
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