Lagerungsdichte

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.

Zur Ermittlung der Grenzen ${\displaystyle n_{\text{max}}}$ und ${\displaystyle n_{\text{min}}}$ nicht bindiger Böden (s. o.) legt die DIN 18126 Versuchsdurchführungen fest. Diese kommen den natürlichen Verhältnissen nahe.

Die Lagerungsdichte bindiger Böden wird durch die Verdichtung bei Belastung erhöht. Der Verdichtungserfolg hängt ab von:

• Kornverteilung (Kornzusammensetzung)
• Wassergehalt
• Verdichtungsleistung
• Verdichtungsarbeit.

Die Bestimmung des Wassergehalts und der Kornverteilung sind genormt in DIN 18121, DIN 18123-T4 und DIN 18123-T5.

• trockener, fester, grobstückiger Ton → keine Verdichtung möglich
• nahezu wassergesättigter breiiger Ton → keine Verdichtung möglich.

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.

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

mit

• der Masse ${\displaystyle m_{\text{f}}}$ des getrockneten Bodens
• dem Gesamtvolumen ${\displaystyle V_{\text{g}}=V_{\text{f}}+V_{\text{H}}}$[2]
• dem Feststoffvolumen ${\displaystyle V_{\text{f}}}$
• dem Hohlraumvolumen ${\displaystyle V_{\text{H}}}$.

Möchte man hingegen die Dichte des feuchten Bodens angeben, zum Beispiel, um durch Differenzwägung den gravimetrischen Bodenwassergehalt zu bestimmen,[Anm. 1] so ist der Begriff Rohdichte[2] 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.[3] Organische Substanz hat eine Dichte von 1,2 – 1,4 g·cm⁻³.[4]

Übliche Werte für die Lagerungsdichte ${\displaystyle \rho _{\text{B}}}$:[5]

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:[2]

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