Die physikalische Untersuchung von Böden: [Praxis, Messmethoden, Auswertung]
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Schweizerbart
2009
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| Ausgabe: | 4., vollst. überarb. Aufl. |
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| Beschreibung: | Ill., graph. Darst. |
| Umfang: | XII, 178 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 9783510652464 |
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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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Inhaltsverzeichnis
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Teilbibliothek Weihenstephan
| Signatur: |
1002 BAU 215f 2009 A 2834(4)
Lageplan |
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| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |