Bodenrutschung durch Überschreiten der Scherfestigkeit
Bei einer Bodenrutschung wurde die Scherfestigkeit des Bodens überschritten. ©Alexander Stahr

Die Scherfestigkeit eines Bodens oder sein Widerstand gegen Verschiebung entlang von inneren Gleitflächen ist eine Funktion der Scherparameter Kohäsion und Winkel der inneren Reibung (kurz Reibungswinkel). Die Ermittlung bzw. die Kenntnis der Scherfestigkeit eines Bodens ist zum Beispiel bedeutsam hinsichtlich seiner Befahrbarkeit und möglichen Verdichtung bei unterschiedlichen Wassergehalten (z. B. Traktion der Räder von land- oder forstwirtschaftlichen Fahrzeugen und deren Gewicht) oder etwa bezüglich der Gefahr von Bodenrutschungen am Hang im Verlauf von Starkregenereignissen.

Die Scherfestigkeit wird als Spannung verstanden, die einer auf die Flächeneinheit bezogenen Kraft entspricht und findet ihren Ausdruck in der linearen Mohr-Coulomb’schen Gleichung, die für kohärentes (bindiges) Bodenmaterial in der Form

τ = c + σ·tan φ

in Ansatz zu bringen ist. Hierbei ist τ der auf die Fläche bezogene Scherwiderstand (= Schubspannung in der Scherfläche in Richtung der Scherbewegung im Grenzzustand). σ ist die auf die Fläche bezogene Auflast (Normal- oder Gesamtspannung), c und φ sind die eigentlichen Eigenschaften des Materials, Kohäsion und Reibungswinkel. Dabei kann die Kohäsion als diejenige Scherfestigkeit eines bindigen Substrates oder Bodens definiert werden, die bei fehlender Normal- oder Druckspannung (σ = 0) vorhanden ist.

Der Reibungswinkel wird beeinflusst von Textur, Aggregierungsgrad, Kornform und Lagerung (Strukturwiderstand), dem Anteil und der Qualität der organischen Substanz sowie der vertikalen Spannungskomponente im Boden (Normalkraft). Er ist somit die Summe aller zwischen den Kornfraktionen wirkenden Reibungskräfte, die ein gegenseitiges Vorbeigleiten verhindern. Dabei kommt dem Strukturwiderstand eine große Bedeutung zu. Denn geht die potentielle Scherfläche durch ein verzahntes Korn- oder Aggregatgefüge, müssen die Körner oder Aggregate selbst abgeschert oder in eine andere Lage gebracht werden. Daraus resultiert bei dicht gelagertem Material eine Auflockerung (Dilatation), bei locker gelagertem Material eine Verdichtung (Kontraktion) während des Abschervorgangs. In kohärentem Material nimmt der Reibungswinkel in der Regel kleinere Werte an als z. B. in reinen Sanden, Kiesen oder gut strukturierten Böden. Die einer Bodenbewegung entgegenwirkenden Kräfte beruhen auf der Scherfestigkeit (τ) der Matrix.