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Effektive/Totale Spannung im Boden

Die vertikale Normalspannung σz ist definiert als:

wo:

σz

-

vertikale absolute Normalspannung

γef

-

Wichte des Bodens unter Auftrieb

z

-

Tiefe unter der Geländeoberfläche

γw

-

Wichte von Wasser

Dieser Ausdruck in seiner allgemeinen Form beschreibt das sogenannte Prinzip der effektiven Spannungen:

wo:

σ

-

totale Spannungen (überall)

σef

-

effektive Spannungen (aktive)

u

-

neutrale Spannungen (Porenwasserdruck)

Totale, effektive und neutrale Spannungen im Boden

Das Prinzip der effektiven Spannungen ist nur für Normalspannungen  σ gültig, da die Schubspannung τ nicht so vom Wasser übertragen wird, daß sie eine Wirkung hätte. Die theoretische Spannung wird mit grundlegenden Werkzeugen der theoretischen Mechanik bestimmt, die effektiven Spannungen sind dann bestimmt als Differenz zwischen totaler Spannung und und neutralem (Poren-) Druck (d. h. immer durch Berechnung, kann nicht gemessen werden). Die Porendrücke werden im Labor, durch in-situ-Messungen oder durch Berechnung bestimmt. Die Entscheidung, ob man totale oder effektive Spannungen verwendet, ist nicht einfach. Die folgende Tabelle liefert allgemeine Empfehlungen, die auf einen Großteil der Fälle zutreffen. Man sollte beachten, daß die totale Spannung davon abhängt, wie der Boden durch sein Eigengewicht und durch äußere Effekte belastet ist. Für den Porendruck wird angenommen, daß für fließendes Porenwasser der Porendruck gleich dem hydrodynamischen Druck ist, und ansonsten gleich dem hydrostatischen Druck. Für teilweise gesättigte Böden mit hohem Sättigungsanteil ist zu bedenken, daß sich der Porendruck sowohl in Wasser als auch in Luftblasen entwickelt.

Voraussetzungen

Dränierte Schicht

Undränierte Schicht

kurzfristig

effektive Spannungen

totale Spannungen

langfristig

effektive Spannungen

effektive Spannungen

In geschichtetem Untergrund mit verschiedenen Volumengewichten des Bodens in den einzelnen horizontalen Schichten wird die vertikale Gesamtspannung mit der einer Summe des Gewichts aller Schichten über dem betrachteten Punkt und dem Porendruck bestimmt:

wo:

σz

-

vertikale totale Normalspannung

γ

-

Wichte des Bodens

- Wichte des Bodens im natürlichen Zustand für Böden über dem GWSp und trockene Schichten

- Wichte des Bodens unterhalb des Wassers in anderen Fällen

d

-

Tiefe der Grundwasserspiegel unterhalb der Geländeoberfläche

z

-

Tiefe unter der Geländeoberfläche

γw

-

Wichte von Wasser

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