Zustandsgrenze

Bindige Böden wie etwa Ton können hinsichtlich ihrer Konsistenz bewertet werden.

Konsistenz bezeichnet in der Bodenkunde die Beschaffenheit bindiger (feinkörniger) Böden in Abhängigkeit vom Wassergehalt. Nach Atterberg unterscheidet man meist vier Konsistenzbereiche. Die Konsistenzbereiche lauten fest (trockener Boden), halbfest, plastisch (steif, weich, breiig = leicht verformbarer Boden) und flüssig (zähflüssig). Mit diesen Bereichen werden alle in der Natur vorkommenden Momentanzustände von Feinböden abgedeckt. Die Konsistenz ist ein wichtiges Kriterium für die Verdichtbarkeit des Bodens. Bei nichtbindigen (grobkörnigen) Böden spricht man dagegen nicht von Konsistenz, da hier die Lagerungsdichte Auskunft über die Eigenschaften des Bodens liefert. In der Baustoffkunde spricht man von der Konsistenz als Maß für die Weichheit des Baustoffs Boden. Auch die Weichheit von Frischbeton wird als Konsistenz bezeichnet (siehe Betonkonsistenz).

Merkmale

Die Grenzen zwischen den Konsistenzbereichen bezeichnet man als Konsistenzgrenzen, nämlich die Schrumpfgrenze shrinking limit (w_S), die Ausrollgrenze plastic limit (w_P) und die Fließgrenze liquid limit (w_L). Sie sind auch als Atterberg'sche Grenzen oder Zustandsgrenzen nach Atterberg bekannt und werden in der Norm DIN 18122 definiert. Sie lassen sich durch Laborversuche bestimmen.

An der Schrumpfgrenze befindet sich der Boden am Übergang vom festen in den halbfesten Zustand. Die Ausrollgrenze beschreibt den Übergang des Bodens vom halbfesten in den steifen Zustand und die Fließgrenze den Übergang vom breiigen in den flüssigen Zustand. An jeder Konsistenzgrenze hat der Boden einen so genannten Grenzwassergehalt.

Die Wassergehalts-Differenz w_L-w_P ist die Plastizitätszahl. Der Quotient (w_L-w)/(w_L-w_P) bildet die Konsistenzzahl, wobei w der natürliche Wassergehalt ist.

Um die Aktivität von Tonmineralen zu beschreiben, kann die Aktivitätszahl verwendet werden. Sie beschreibt das Verhältnis der Plastizitätszahl zum Massenanteil der Körnung kleiner oder gleich 0,002 mm (bindiger Boden). Nachfolgende Formel dient zu Berechnung:

$I_A = \frac {I_p}{m_{dT}/m_d}$

Ip	Plastiztiätszahl
mdT	Trockenmasse des Probenanteils ≤ 0,002 mm
md	Trockenmasse des Probenanteils ≤ 0,4 mm

Es werden drei Bereiche unterschieden. Ist die Aktivitätszahl kleiner 0,75 so handelt es sich um inaktiven Ton. Befindet sich die Aktivitätszahl zwischen 0,75 und 1,25 handelt es sich um normalen Ton. Über dem Wert von 1,25 spricht man von aktivem Ton.

Grundsätzlich ist festzustellen, dass mit zunehmender Aktivität des Tons die Fähigkeit zu quellen oder zu schwinden ansteigt.

Siehe auch

• Korndichte
• Wassergehalt
• DIN 4022

Weblinks

• Weiteführende Informationen (PDF-Datei; 1,11 MB)
• Arbeitsblätter Bodenmechanik; Konsistenz von Boden (PDF-Datei; 92 KB)