Die Bodenmechanik hat sich als Übergangsbereich zwischen Geotechnik, Kontinuumsmechanik und Bodenkunde entwickelt und ist die theoretische Grundlage der Erdstatik, mit der die Belastung der Bauwerke berechnet wird und mit deren Hilfe ihre Fundamente bemessen werden.
Der wesentliche Unterschied der Bodenmechanik zur Felsmechanik besteht darin, dass der Boden bei Standsicherheitsberechnungen als Kontinuum behandelt werden kann, der Fels jedoch aufgrund seiner Schicht- und Kluftstruktur nur als ein Diskontinuum. Dieses erfordert völlig verschiedene Ansätze.
Die Notwendigkeit bodenmechanischer Berechnungen ergibt sich aus der Tatsache, dass der Baugrund die Lasten der Bauwerke sicher abtragen muss, um beispielsweise Grundbrüche und damit ein Kippen des Baukörpers sicher zu vermeiden. Der im näheren Umfeld des Bauwerks anzutreffende Baugrund ist damit mechanisch ein Teil des Bauwerks, dessen Versagen es sicher zu vermeiden gilt.
Die erste mathematische Theorie über Bodenbewegungen und -kräfte legte Coulomb (1773) vor. Das erste umfassende Lehrbuch über Bodenmechanik verfasste Karl von Terzaghi (1925). Terzaghi gilt damit als Begründer der Bodenmechanik als eigenständige Wissenschaft.
Ein wichtiges Teilgebiet der Bodenmechanik (als Teilbereich der Bodenkunde) ist die Bodenklassifizierung, sowie die Erforschung der mechanischen Eigenschaften von Böden und die Entwicklung entsprechender Prüfmethoden, um die mechanischen Eigenschaften der Böden klassifizieren und wirklichkeitsnah modellieren zu können:
- In bodenmechanischen Laboren werden diese Eigenschaften mit Versuchsgeräten ermittelt. Dabei bestimmt man zum Beispiel: Dichtenverteilung, Korngröße, Konsistenz, Fließgrenze, Ausrollgrenze, Schrumpfgrenze, Porenanteil, Verdichtbarkeit, Proctordichte, Wassergehalt, Wasseraufnahme, Wasserdurchlässigkeit, Scherfestigkeit, Kohäsion, Steifemodul usw.
- Ein Labor-Prüfgerät, mit dem die Scherfestigkeit von Bodenproben gemessen werden kann, ist zum Beispiel das Triaxialgerät, ein anderes das Ödometer.
- Im Feld (auf der Baustelle) verwendet man andere Geräte, um Proben zu gewinnen oder um Kennwerte in situ (vor Ort) zu bestimmen: Stechzylinder, Ramm(kern)sonden, Plattendruckgeräte, usw.
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Beschreibung des mechanischen Verhaltens von Böden ist deren Mehrphasigkeit. Boden besteht nämlich aus verschiedenen Phasen: dem Korngefüge (fest), in dessen Poren sich Wasser (flüssig) und Luft (gasförmig) befinden. Die Wechselwirkungen zwischen diesen Phasen zu beschreiben, ist eine Aufgabe der Bodenmechanik. Allseits bekannte bodenmechanische Phänomene sind hier z.B. der Auftrieb, die Strömungskraft, die Kapillarität sowie die Durchlässigkeit, die meistens mit dem Darcy-Gesetz beschrieben wird.
Siehe auch:
- Erdstatik – Berechnungsmethoden für das Verhalten des Bodens
- Bauingenieurwesen:
- Geotechnik - Gründung von Bauwerken im Untergrund
- Baustatik – Statik der Baukonstruktionen
- Ingenieurgeologie – Verhalten von Locker- und Festgesteinen
- Bodenkunde – Wissenschaft des Bodens
- Werkstoffwissenschaft – zur Aufklärung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Materialien
- Kontinuumsmechanik – Verformungsverhalten von Materialien
- Erdbau – Bauen mit Erde
- Grundbau – Bauen im Boden
- Böschung, Konsolidation, Erddruck
Literatur
- Mohammad Firuziaan: Untersuchungen zur Bauwerk-Boden-Wechselwirkung unter Berücksichtigung nichtlinearer Effekte. VDI-Verlag, Reihe 18 / Nr. 279, 2/2003, ISBN 3-18-327918-5
