Was ist die wirksame Spannung (Korndruck)?

In der Bodenmechanik verteilt sich die Gesamtspannung im Boden auf zwei Anteile: den Porenwasserdruck in den Poren und die wirksame Spannung (den Korndruck) zwischen den Körnern. Die wirksame Spannung ist maßgebend für die Festigkeit und die Setzung des Bodens.

Die drei Spannungen

Gesamtspannung (σ) — der gesamte Druck in einer bestimmten Tiefe, verursacht durch das Gewicht des darüberliegenden Bodens und etwaige Lasten.
Porenwasserdruck (u) — der Druck des Grundwassers in den Poren zwischen den Körnern.
Wirksame Spannung, Korndruck (σ′) — der Anteil der Spannung, der über die Kornkontakte übertragen wird.

Der Zusammenhang ist die klassische Formel von Terzaghi:

σ′ = σ − u

Die wirksame Spannung ist also die Gesamtspannung minus dem Porenwasserdruck.

Warum ist das wichtig?

Nur die wirksame Spannung sorgt für Festigkeit und Steifigkeit des Bodens; Wasser kann keine Scherspannung aufnehmen. Das erklärt wichtige Praxisfälle:

Wasserhaltung — senkt den Porenwasserdruck, wodurch die wirksame Spannung steigt und der Boden zusätzlich absackt (Setzung um Baugruben).
Aufschüttung — zusätzliches Bodengewicht erhöht zunächst den Porenwasserdruck; erst wenn dieses Wasser abfließt, steigt die wirksame Spannung und es tritt Setzung ein (Konsolidierung).
Hydraulischer Grundbruch — wird der Porenwasserdruck zu hoch, verschwindet die wirksame Spannung und der Boden verliert seine Tragfähigkeit.