Mechanische Prinzipien - Ingenieurgeologie - page 54

Kontaktkräte können auch in einem Winkel zur Kontaktläche geneigt einwirken.
Geneigte Kontaktkräte können in eine senkrecht zur Kontaktläche stehende Kom-
ponente, die Normalkrat , und eine parallel zur Kontaktläche wirkende Komponente,
die Scherkrat , aufgeteilt werden (Abb. 3.4). Aus Normalkräten folgen Normalspan-
nungen ˃= N/A , aus Scherkräten Scherspannungen ˄= T/A.
Eine Scherbeanspruchung weckt in der Kontaktzone einen Reibungswiderstand.
Die Ausbildung der Kontaktläche und das diesseits und jenseits der Kontaktläche
vorhandene Material bestimmen die Grö ß e dieses Reibungswiderstands. Bei dei-
nierten Kontaktlächen, z. B. Trennlächen im Gebirge, ist der Reibungswiderstand
von der Rauhigkeit der Trennläche und den Festigkeitseigenschaten des Gesteins
abhängig. Ist die Trennläche gef ü llt (z. B. mit Verwitterungsmaterial), dann hängt die
Scherfestigkeit auch von den Festigkeitseigenschaten des F ü llmaterials ab. In körni-
gem Material (z. B. Sand) beteiligt sich das Kornger ü st am Reibungswiderstand.
Grundsätzlich nimmt der Reibungswiderstand mit der auf der Kontaktläche wirk-
samen Normalspannung zu, ein Materialverhalten, das man z. B. bei Scherversuchen
an Böden beobachten kann. Werden die Normalspannungen ˃ ü ber die im Bruch-
zustand gemessenen Scherspannungen ˄ aufgetragen, kann durch die so ermittelten
f ü r den zu untersuchenden Boden speziischen Messwerte eine Ausgleichsgerade
konstruiert werden (Abb. 3.5). Bei nicht bindigen Böden (Sand, Kies) geht diese Aus-
gleichsgerade durch den Koordinatenursprung. Die Neigung dieser Gerade deiniert
den Reibungswinkel ˆ [ ° ]. Er ist eine Stokonstante des untersuchten Erdstofs und ein
Ma ß f ü r den Reibungswiderstand.
Bei bindigen Böden (z. B. Ton) schneidet die Ausgleichsgerade die ˄ -Achse ober-
halb des Koordinatenursprungs. Dies bedeutet praktisch, dass in der Kontaktzone
Zugspannungen aufgenommen werden können. Dieser Achsenabschnitt wird als
Kohäsion c [kN/m 2 ] bezeichnet, eine charakteristische Stofeigenschat bindiger Bö-
den. Sie geht zur ü ck auf die molekulare Anziehung der Bodenpartikel und wird we-
sentlich vom Wassergehalt beeinlusst. Ein Anstieg des Wassergehalts f ü hrt zu einer
Verringerung der Kohäsion. In nicht bindigen Erdstofen ist die Kohäsion so gut wie
nicht existent. Sie tritt allenfalls bei Austrocknung des feuchten Bodens auf, verursacht
durch die Zugspannung des Porenwassers im Kapillarsaum, und wird dann als schein-
bare Kohäsion bezeichnet.
Abb. 3.5 Nicht bindige und
bindige Böden im ˄ - ˃ -Diagramm.