Grenzschubspannung

Natuerlicher Böschungswinkel
Natuerlicher Böschungswinkel

Wann setzt die Bewegung von Material ein? 

Die Massenbewegung setzt ein, wenn die Schubspannung (t) einen Schwellenwert (s) überschreitet. Diese wird als Grenzschub- oder Grenzscherspannung bezeichnet.

Die Massenbewegung erfolgt zunächst in Form plastischen Fließens. Der Begriff plastisches Fließen umfasst die meisten denudativen Massenbewegungen auf Hangflächen. Er bezieht sich auf Massenbewegungen von Lockermaterial, bei denen erst eine Grenzschubspannung überschritten werden muss, ehe sich das Material bewegt. Beim viskosen Fließen (der Bewegung von Flüssigkeiten) ist dies nicht der Fall.

Wovon hängt Schwellenwert (s) ab?

In kohäsionslosem Lockermaterial, beispielsweise trockenem Sand, hängt die Grenzschubspannung von folgenden beiden Faktoren ab:

  • Erdbeschleunigungg (= konstant = 981 cm/s² )
  • innere Reibung(Materialeigenschaft). Diese hängt ab von:
    • Kornform (rund / eckig)
    • Lagerungsart (locker / dicht)
    • Sortierung des Materials (gleiche / unterschiedliche Korngrößen)

Der Neigungswinkel (a), bei dem eine kohäsionslose Masse in Bewegung gerät ((t)> innerer Reibungswiderstand), heißt Reibungswinkel (φ). Er wird auch als natürlicher Böschungswinkelbezeichnet. Er ist umso größer, je eckiger, die Körner, je dichter das Material gelagert ist und je unterschiedlicher die vorhandenen Korngrößen sind (vergleiche Abbildung).

In kohäsivem Material muss ein zusätzlicher Faktor berücksichtigt werden:

  • Kohäsion (c)

In kohäsivem Material ist die Kohäsion, also die irgendwie geartete Bindung zwischen den Körnern des Materials mitbestimmend. Diese kann durch die Wirkung von Bodenwasser verändert werden (positiver / negativer Porenwasserdruck). Die Beziehung aller Faktoren der Grenzschubspannung ist im Coulombschen Gesetz festgehalten. Dies wird auf der nächsten Seite vorgestellt.