Lagerungsdichte

Definition

Die Lagerungsdichte ${\displaystyle D}$ ist definiert als:

${\displaystyle D={\frac {n_{\text{max}}-n}{n_{\text{max}}-n_{\text{min}}}}={\frac {\rho _{\mathrm {d} }-\rho _{\mathrm {d,min} }}{\rho _{\mathrm {d,max} }-\rho _{\mathrm {d,min} }}}<1}$

mit

• dem Porenanteil ${\displaystyle n}$ der Bodenprobe
  • ${\displaystyle n_{\text{max}}}$ bei lockerster Lagerung
  • ${\displaystyle n_{\text{min}}}$ bei dichtester Lagerung
• der Trockendichte ${\displaystyle \rho _{\text{d}}}$ (von engl. dry)
  • ${\displaystyle \rho _{\mathrm {d,min} }}$ bei lockerster Lagerung
  • ${\displaystyle \rho _{\mathrm {d,max} }}$ bei dichtester Lagerung.

Der Porenanteil lässt sich aus der Porosität des Materials ermitteln.

Ermittlung der Lagerungsdichte

Proctor-Versuch

Auch die Verdichtungsarbeit im Proctor-Versuch ist in DIN 18127 genormt, damit vergleichbare Ergebnisse erzielt werden.

• Der Proctor-Versuch besteht aus 5 Einzelversuchen mit jeweils erhöhtem Wassergehalt.
• Für jeden Einzelversuch werden die Rohdichte und die Trockendichte gemessen
• Dann werden die Trockendichten in Abhängigkeit vom zugehörigen Wassergehalt aufgetragen
• Der Scheitelpunkt der Kurve ergibt die Proctordichte.
• Daraus folgt der optimale Wassergehalt für die Verdichtung.

Definition

${\displaystyle \rho _{\text{B}}={\frac {m_{\text{f}}}{V_{\text{g}}}}\left(\leq \rho _{\text{f}}={\frac {m_{\text{f}}}{V_{\text{f}}}}\right)}$

mit

• der Masse ${\displaystyle m_{\text{f}}}$ des getrockneten Bodens
• dem Gesamtvolumen ${\displaystyle V_{\text{g}}=V_{\text{f}}+V_{\text{H}}}$
• dem Feststoffvolumen ${\displaystyle V_{\text{f}}}$
• dem Hohlraumvolumen ${\displaystyle V_{\text{H}}}$.

Weiteres

Möchte man hingegen die Dichte des feuchten Bodens angeben, zum Beispiel, um durch Differenzwägung den gravimetrischen Bodenwassergehalt zu bestimmen, so ist der Begriff Rohdichte üblich.

Die Dichte ${\displaystyle \rho _{\text{f}}}$ der Festsubstanz ist üblicherweise nahe 2,65 g·cm⁻³, der Dichte von Quarz, dem häufigsten Mineral in Böden. Lediglich basische magmatische Gesteine und deren Minerale können Dichten über 2,7 g·cm⁻³ aufweisen. Organische Substanz hat eine Dichte von 1,2 – 1,4 g·cm⁻³.

Übliche Werte für die Lagerungsdichte ${\displaystyle \rho _{\text{B}}}$:

Lehmböden	1,96 - 1,19 g·cm−3
Sandböden	1,67 - 1,19 g·cm−3
Schluffböden	1,53 - 1,19 g·cm−3
Tonböden	1,32 - 0,92 g·cm−3
organische Böden	0,48 - 0,12 g·cm−3

Unter Kenntnis der Lagerungsdichte und der Dichte der Festsubstanz lassen sich die Porosität ${\displaystyle \varepsilon }$ und die Porenziffer ${\displaystyle e}$ des Bodens berechnen:

${\displaystyle \varepsilon =1-{\frac {\rho _{\text{B}}}{\rho _{\text{f}}}}\quad \Leftrightarrow \quad e={\frac {\rho _{\text{f}}}{\rho _{\text{B}}}}-1}$