Reibungswinkel

Der Reibungswinkel, auch als Winkel der inneren Reibung bezeichnet, ist ein Geotechnik-Parameter, der die schubhemmende Reibung zwischen Körnern oder Oberflächen in einem Boden beschreibt. Er wird üblicherweise als φ′ (phi_prime) angegeben und bezieht sich auf den effektiven Spannungszustand des Bodens.

In der Mohr-Coulomb-Festigkeitsbedingung bestimmt φ′ die Steigung der Grenzfläche zwischen Schub- und Normalspannung. Die Schubfestigkeit τ wird durch τ = c′ + σ′ tan φ′ beschrieben, wobei c′ die kohäsive Komponente und σ′ die effektive Normalspannung ist. Für Böden mit vernachlässigbarer Kohäsion (c′ ≈ 0) gilt annähernd τ ≈ σ′ tan φ′.φ′ dient damit als Maß für die Zunahme der Reibfestigkeit mit zunehmender Druckbelastung.

Bestimmung und Werte: φ′ wird in Laborversuchen wie Direct Shear Tests oder Triaxialversuchen (CU, UU, drained) ermittelt. Es unterscheidet sich in Peak-Friktionwinkel φp und dem Grenzzustandfriktionwinkel φ′cs (bzw. φr bei Restzuständen). Je nach Bodentyp variieren die Werte stark: grobkörnige Böden wie Sand haben typischerweise φ′ im Bereich von ca. 25° bis 40°, Kies ähnliches Spektrum; Ton- und Lehm arteigen weisen oft niedrigere Werte auf, oft im zweistelligen Bereich oder darunter, je nach Feuchte und Struktur.

Anwendung: φ′ ist zentral in Stabilitäts- und Foundation-Analysen, z. B. bei Böschungsbemessungen, Erdwall- und Gründungsberechnungen sowie in der Bahnen- und Straßenbauplanung. Es ergänzt die Kohäsionskomponente c′ und wirkt sich wesentlich auf das Sicherheitsraffen von Projekten aus. Der Reibungswinkel hängt von Bodentyp, Dichte, Feuchte und Struktur ab und kann großem Variation unterliegen.