In Untersuchungen zur Bodenverdichtung wird meist nur die direkte Beziehung zwischen der mechanischen Belastung und der Porenänderung, nicht hingegen die Interaktion zwischen mechanischen und hydraulischen Prozessen als Funktion der Zeitdauer der Belastung bzw. der Häufigkeit der Belastung betrachtet. In der vorliegenden Arbeit wird daher die Beziehung zwischen der Vorbelastung als Maß der mechanischen Stabilität und der Wasserspannungsänderung während einer Belastung analysiert. Die Untersuchungen wurden an gestörtem Bodenmaterial (Ut3) bei einer Anfangslagerungsdichte von 1,4 g cm–3 mit einem Wassergehalt von 25 Gew.% jeweils an vier Parallelproben durchgeführt. Die Bodenproben wurden mit acht verschiedenen Auflasten zwischen 20 und 400 kPa und vier Auflastzeiten (10–240 min) belastet; die Wasserspannungs‐ und die Porenzifferänderungen wurden registriert. Mit steigender Belastungsdauer werden die Proben bei gleicher Auflast intensiver verdichtet. Dadurch sinkt der Wert der Vorbelastung. Gleichzeitig ändert sich während der Belastung die Wasserspannung, denn als Folge der Komprimierung werden die Porenquerschnitte enger und deshalb der Wassersättigungsgrad höher. Damit einher geht je nach verbleibender Bodenfestigkeit auch eine zunehmende Übertragung der mechanischen Auflast auf die flüssige Phase. Dies bedeutet, dass eine Änderung des Porenwasserdruckes von negativ (= Wasserspannung) bis hin zu einem positiven Wert (= Porenwasserüberdruck) reichen kann. Bereits unterhalb des nach Casagrande (1936) berechneten Vorbelastungswertes nimmt der Porenwasserdruck deutlich ab. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass Strukturstabilitätseffekte durch Berücksichtigung der Wasserspannungsänderungen während der Belastung quantifiziert werden müssen, um ein vollständiges Bild der Bodendeformation zu erhalten.

SummaryThe alteration of mechanical soil properties by a single stress application exceeding all previously applied stresses is analyzed for a conventionally tilled and a conservational managed (since 1992) Stagnic Luvisol. Despite the more pronounced compactness of the plough layer under conventional management, it turned out to be less rigid compared to the "relictic" plough layer under conservation management. We assume that wheeling with a sugar beet harvester (rear wheel 140 kPa, front wheel 110 kPa, total mass 37 Mg) resulted in a break up of the plough pan. This was most obvious in the conventionally tilled soil whereas under conservation tillage, the plough pan seemed to resist the induced forces. Our results suggest that a break up of the compact plough layer and the subsequent re-arrangement of newly formed fragments results in a smaller mechanical stability of the deformed soil. Soil structural changes within the plough pan are also indicated by the alteration of the anisotropy of cohesion and precompression stress, respectively. Altered mechanical properties induced by heavy soil loading affects the soil response to subsequent loading events, which could be shown by finite-element simulations of stress-strain properties. The simulations showed that a decrease in soil stiffness reduces the stress attenuation within the plough pan causing compressive and shear stresses to be transmitted into deeper soil levels, while at the same time shear strain increased.

Növekvő terhelésnél nő a térfogattömeg és a pórusvíznyomás. Emelkedő terhelési idővel nagyobb süllyedés jön létre és ezáltal egy kisebb előterhelés. Az előterhelést a hidraulikus feszültségváltozáson keresztül a talajdeformáció befolyásolja, a terhelés és a terhelési idő függvényében. Egy lezárt süllyedési folyamathoz és ezáltal egy valós előterhelési értékhez addig terheljük a talajt, amíg a terhelés hatására fellépő pórusvíznyomás ismét az adott terhelési szintnél a kezdeti érték közelébe nem kerül. A hidraulikus feszültségváltozásból egy terhelési folyamat (0-tól 400 kPa-ig) alatt lehet a kritikus tartományt meghatározni. A pórusnagyság, a térfogattömeg és a telítettségi fok függvényében a deformáció során elért kritikus tartományban az előterhelés előtt a talaj kevésbé víztelített, mint az első terhelési ágban. A hidraulikus feszültség nagyságának változása alacsonyabb terhelésnél következik be, mint amit a Casagrande(1936) módszerével kiszámolt előterhelés mutat. A Casagrande-féle előterhelés mellett meg kellene nevezni azt a terhelési értéket is, amelynél a hidraulikus feszültségváltozás található. Az előterhelési értékkel és a hidraulikus feszültségváltozással együtt számszerűsíthető egy terhelés hatására bekövetkezett szerkezet- és pórusfunkció- változás a talajban. A hidraulikus feszültség fordulópontja és az összenyomódási görbe legkisebb görbületi sugara által meghatározott pontokra illesztett egyenesek közelítenek egymáshoz növekvő terhelési idővel és metszik egymást egy elméleti pontban. Az elméleti metszéspontban a hidraulikai és mechanikai feszültségek a talajban kiegyenlítik egymást. Az egyenesek által lehatárolt terület függ a talaj szerkezetétől.