Worum es geht
- Totale Spannung, Porenwasserdruck und wirksame Spannung müssen getrennt werden.
- Scherfestigkeit setzt sich aus Reibungsanteil und Kohäsionsanteil zusammen.
- Mit steigendem Wassergehalt kann die nutzbare Kohäsion bindiger Böden stark sinken.
Drei Spannungsbegriffe
Totale Spannung entsteht aus Boden, Wasser und Auflasten. Porenwasserdruck wirkt im Wasser und ist allseitig. Wirksame Spannung ist der Korn-zu-Korn-Anteil, der für Reibung, Verformung und Scherfestigkeit maßgebend ist.
Reibung und Kohäsion
Der Reibungswinkel beschreibt den Widerstand gegen Verschieben der Körner. Kohäsion ist kein pauschaler Klebe-Wert: Sie kann als wirksame Kohäsion, undrainierte Scherfestigkeit oder scheinbare Kohäsion aus Kapillarwirkung gemeint sein. Beide Größen gehören deshalb immer als Wertepaar zum betrachteten Boden, Spannungszustand und Dränagezustand.
tau = c_prime + sigma_prime * tan(phi_prime) Wasser verändert den Widerstand
Bei bindigen Böden hängen Haftkräfte stark von Tonmineralen, Feinkornanteil und Wassergehalt ab. Wird ein steifer Ton aufgeweicht, kann eine vorher angesetzte Kohäsion nicht einfach weitergelten. Deshalb darf Kohäsion in Nachweisen nur angesetzt werden, wenn Zustand und Dauerhaftigkeit plausibel gesichert sind.
Peak und Restscherfestigkeit
Böden können nach anfänglich elastischem Verhalten eine maximale Scherfestigkeit erreichen und danach entfestigen. Nach großen Verformungen bleibt die Restscherfestigkeit. Für alte Rutschflächen, Hänge oder wieder aktivierte Gleitflächen ist dieser Unterschied besonders wichtig.
Baupraktische Folgen
Reibungswinkel und Kohäsion wirken in Erddruck, Grundbruch, Böschungsbruch und Gleitnachweisen. Falsche Scherparameter sind deshalb kein kleiner Rechenfehler, sondern können den gesamten Standsicherheitsnachweis kippen.
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Checkliste
- Scherparameter nur mit Bodenart, Wasserzustand und Dränagezustand verwenden.
- Bei bindigen Böden Konsistenz und Wasserempfindlichkeit vor Kohäsionsansatz prüfen.
- Schicht- und Trennflächen als mögliche schwächere Gleitflächen beachten.
- Porenwasserdruck bei schnellen Lasten oder Grundwasser nicht ausblenden.
- Bei bestehenden Rutschungen Restscherfestigkeit fachlich klären lassen.
Typische Fehler
- Totale Spannung als wirksame Spannung verwenden.
- Kohäsion auch bei möglicher Aufweichung dauerhaft ansetzen.
- Einen Reibungswinkel aus Erfahrungswerten ohne Erkundung übernehmen.
- Rutschflächen mit ungestörtem Boden gleichsetzen.
Wissen wird wertvoll, wenn Baugrundentscheidungen im Projekt sauber dokumentiert sind.
Mit sitepit bleiben Gutachten, Fotos, Aufmaß, Planstände, Tagesberichte und Nachweise dort, wo Bauleitung und Büro sie später wiederfinden.