Proktordichte

Die Proctordichte ist ein Begriff aus Geotechnik, Bauwesen und Geologie. Die Proctordichte ρ_pr ist die größte Dichte eines Bodens, die nach genormtem Versuch (Proctorversuch nach DIN 18127) bei optimalem Wassergehalt erreicht werden kann.

Der Proctorversuch wurde im August 1933 von dem amerikanischen Bauingenieur Ralph R. Proctor eingeführt ^[1].

Die verbleibende Verminderung des Porenanteiles bzw. die bleibende Erhöhung der Trockendichte eines Bodens wird Verdichtung genannt. Dabei wird kaum eine volle Sättigung erreicht und die Trockendichte bleibt unterhalb der Sättigungslinie Sr=1,0. Die Trockendichte, die bei einem vorgegebenen Boden erzielt wird, ist außer vom Wassergehalt w auch von der geleisteten Verdichtungsarbeit und einer bestimmten Verdichtungsart abhängig.

Proctorversuch

Einer Bodenprobe, deren Trockenrohdichte ρ_d zuvor ermittelt wurde, wird in einem definierten Gefäß (Proctortopf oder Proctor-Verdichtungsgerät) nach einem festgelegten Arbeitsverfahren vordefinierte Energie über einen Proctorverdichter (Fallgewicht mit Führungs-/Griffstange) zugeführt und anschließend die erzielte Dichte ermittelt.
Der Versuch wird mindestens fünfmal mit unterschiedlichen Wassergehalten durchgeführt. Trägt man nun die erzielten Dichten über den zugehörigen Wassergehalt w auf, ergibt sich eine Kurve, die zunächst ansteigt, ein Maximum erreicht und dann wieder abfällt. Das Maximum dieser Kurve ist die Proctordichte ρ_pr des Bodens mit zugehörigem optimalen Wassergehalt w_pr. Hierbei wird ein deutlicher Zusammenhang zwischen Verdichtbarkeit und Wassergehalt deutlich.

Der Verdichtungsgrad D_pr lässt sich folgendermaßen ausdrücken:

$D_{pr} = \frac{\rho_d}{\rho_{pr}} * 100\,\%$

Der Verdichtungsgrad wird also in Prozent der maximal möglichen Dichte angegeben. Er dient als Bezugswert für die Lagerungsdichte, die man auf einer Baustelle erreichen kann oder erreicht hat. Aufgrund der Weiterentwicklung von Verdichtungstechnik im Baubetrieb gegenüber dem genormten Proctorversuch sind heute mit entsprechendem Gerät auch Proctordichten von über 100% erreichbar. Häufig wird - in Abhängigkeit von der Bodenart - ein Verdichtungsgrad von mindestens 95 % verlangt.
Das Ziel dieses Prüfungsverfahrens ist, die dritte Phase des Dreiphasensystems eines Bodens (Luft, Wasser, Feststoff) den Anteil der Luft auf ein Minimum zu reduzieren. Dieses geschieht beim Verdichten durch eine Verringerung des Porenraums durch "Zusammenschieben (Verdichten)" der Feststoffteilchen und Füllen der verbliebenen Poren mit Wasser (stetige Erhöhung des Wassergehaltes). Die Erhöhung der Trockendichte durch Wassergehaltssteigerung resultiert auch aus einer deutlichen Verringerung der Reibungskräfte zwischen den Feststoffteilchen – das Wasser wirkt quasi als "Gleitmittel", so dass sich die festgelegte, gleichbleibende Verdichtungsenergie bei höheren Wassergehalten besser auswirkt. Dieser Effekt kippt, sobald der optimale Wassergehalt überschritten und ein ungünstig hoher Wassergehalt erreicht wird. Die eingebrachte Verdichtungsenergie wirkt sich dann nicht mehr in einer dichteren Ablagerung der Körner aus, sondern geht in die überschüssige Wassermenge ein, so daß beim Verdichten Wasser austritt oder herausspritzt.

Versuchsaufbau und Beispiel

Ein Kiessand (bis 10 mm Korngröße) wird nacheinander mit 6, 7, 8, 9, 10 und 11 % Wassergehalt untersucht. Dabei werden im vorgeschriebenen Zylinder von 10 cm Durchmesser etwa jeweils 4 kg Boden in drei Schichten eingefüllt. Jede Schicht wird mit 25 Schlägen eines 2,5 kg schweren Stampfers von 5 cm Durchmesser aus 30 cm Fallhöhe verdichtet. Für jede Probe wird anschließend die Trockendichte (Trockengewicht : Volumen) ermittelt und in einem Kurvendiagram (x‑Achse = Wassergehalt in % ; y‑Achse = gerechnete Trockendichte in t/m³) aufgezeichnet. Daraus ergibt sich der zum Verdichten optimale Wassergehalt, die höchste Trockendichte liegt bei dem untersuchten Kiessand bei 2,02 t/m³ (g/cm³) und der Probe mit 9 % Wassergehalt.

Quellen und Weblinks

1. ↑ Wiltshire, Richard L., 100 Years of Embankment Dam Design and Construction in the U.S. Bureau of Reclamation, Denver 2002

• Ingenieurgeologie Kap. 2.1.4