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Bestimmung der Konsistenzgrenze mit Casagrande-Gerät (nach Atterberg)

Diese Grenzen geben wichtige Informationen über die Konsistenz und das Verhalten von Böden unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen.

Versuchsmaterial
Materialprobe, Maschensieb 0.5mm, Spachtel, Glasplatte, Waage sowie Geräte: nach A.Casagrande, zur Wassergehaltsbestimmung, zur Bestimmung der Ausrollgrenze

Versuchsvorbereitung und -durchführung
Die Proben werden mit unterschiedlichem Wassergehalt auf einer Glasplatte mit Hilfe des Spachtels gleichmässig durchgearbereitet und während mind. 16 Stunden möglichst ohne Feuchtigkeitsverlust stehen gelassen. Ein Teil der Probe  ist für die Durchführung dere Ausrollgrenze auf die Seite zu stellen. Nun wird die Probe in die Metallschale des Casagrandegerätes eingebracht (Schicht max 10mm) und in der Mitte der eingebauten Probe eine Furche gezogen. Das Casagrande-Gerät wird in Funktion gesetzt und die Schale hebt und senkt sich mit einer Fallhöhe von 10mm bei einer Frequenz von 2 Schlägen pro Sekunde, bis sich die Furche in der Länge von ca 1 cm schliesst. Die Änderung des Wassergehalts w erfolgt durch Zugabe von deionisiertem oder destilliertem Wasser oder Austrocknen des Materials. Wird die Anzahl der Schläge in Funktion des Wassergehalts w aufgetragen, so resultiert durch Interpolation der Regressionsgeraden der Wassergehalt w, der 25 Schlägen entspricht, die Fliessgrenze wL. Der Wassergehalt w für die drei Versuche ist so zu wählen, dass die Schlagzahlen innerhalb der Grenzen 10 und 35 liegen. Die Schlagzahlen sind im Zehnerlogarithmus, der Wassergehalt w im linearen Massstab aufzutragen. Wurden die Versuche sorgfältig durchgeführt, so liegen die erhaltenen Punkte auf einer Geraden.
Mit der auf die Seite gelegten Probe wird nun die Ausrollgrenze bestimmt. Dies kann durch ausrollen, zusammenkneten und neu ausrollen (auf angerauter Glasplatte oder porösem Papier) so oft wieder holt werden bis der Prüfkörper bei einem Durchmesser von etwa 3 mm zerbröckelt. Eine modernere, exaktere Variante ist die Probenausrollung durch motorbetriebene, spezialbeschichtete Walzen. Dies ermöglicht gegenüber der manuellen Methode, genau reproduzierbare Resultate. Der Wassergehalt w ist beim ausgerollten und zerbröckelten Prüfkörper zu bestimmen. 

Informationen
Die Fliessgrenze ist der Wassergehalt bei Übergang von der flüssigen zur plastischen Konsistenz. Die Ausrollgrenze ist der Wassergehalt bei Übergang der plastischen zur halbfesten Konsistenz. Die Differenz zwischen der Fliessgrenze und der Ausrollgrenze wird als Plastizitätsindex bezeichnet und ist ein wichtiger Indikator für die plastischen Eigenschaften des Bodens. Ein höherer Plastizitätsindex bedeutet, dass der Boden eine grössere Spanne zwischen seinem fliessenden und spröden Zustand aufweist und daher eine höhere Plastizität hat.  Die Fließgrenze und die Ausrollgrenze, zusammen mit dem Plastizitätsindex, ermöglichen eine umfassende Charakterisierung der Konsistenz und des Verhaltens eines Bodens unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen. Sie sind wichtige Parameter bei der Klassifizierung von Böden gemäss internationalen Bodenklassifikationssystemen (Unified Soil Classification System, USCS). Die Grenze zwischen halbfester und fester Konsistenz ist dabei über die Schrumpfgrenze definiert.

Das Prinzip der Atterbergschen Grenzen ermöglicht es Ingenieuren und Geotechnikern, die Konsistenz und das Verhalten von Böden zu charakterisieren, was entscheidend ist für den Bau von Fundamenten, Strassen, Dämmen und anderen Bauwerken. Es bietet Einblicke in das Verformungsverhalten von Böden unter Belastung sowie in ihre Wasserempfindlichkeit und beeinflusst somit die Planung und Ausführung von Bauvorhaben.

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