Wechselwirkung zwischen Fahrwerk und Ackerboden · für die Berechnung der Druckausbrei-tung im...

FAT-Berichte Nr. 613 1

Wechselwirkung zwischen Fahrwerk und AckerbodenTASC: Eine PC-Anwendung zum Beurteilen und Optimieren der Bodenbeanspruchung

Etienne Diserens und Ernst Spiess, Agroscope FAT Tänikon, Eidgenössische Forschungsanstalt für Agrarwirtschaft und Landtechnik(FAT), Tänikon, CH-8356 Ettenhausen

Nr. 613 2004

Eidgenössische Forschungsanstalt für Agrarwirtschaft und Landtechnik (FAT), CH-8356 Tänikon TG, Tel. 052/368 31 31, Fax 052/365 1190

Berichte

TASC1 ist eine praxistaugliche Excel-Anwendung der FAT vor allem für dieEntscheidungsfindung bei der Kon-zeption, der Ausrüstung und demEinsatz von Grossmaschinen- und -geräten für den Ackerbau. Mitnumerischem und graphischem Out-put lässt sich die Bodenbeanspru-chung durch Reifen- und Raupen-fahrwerke, je nach den Fahrwerk-parametern und den Bodeneigen-schaften beurteilen. Eine möglicheSchadverdichtungsgefahr wird inden von den Auflockerungswerkzeu-gen nicht erfassten Zonen angezeigt.Anhand von mehr als zehn zwischen1994 und 1999 durchgeführten Feld-versuchen2 auf bindigen (kohäsiven)Böden wurden die mathematischenZusammenhänge (Algorithmen) fürdie Ermittlung der Kontaktfläche undfür die Berechnung der Druckausbrei-tung im Bodenprofil abgeleitet und

in ein Modell integriert. Die techni-schen Angaben zur Bereifung kön-nen dabei von über 1000 gespeicher-ten Reifentypen aus der Forst- undLandwirtschaft angewählt und über-nommen werden. Auf Grundlage derinternationalen Reifen- und Felgen-normen lässt sich auch die maximalzulässige Belastung je nach Berei-fung, Reifeninnendruck und Fahrge-schwindigkeit berechnen. TASC istsomit auch ein nützliches Hilfsmittelfür die Reifenauswahl, den -vergleichund die -abstimmung. Die Anwen-dung eignet sich vorwiegend fürBereifungen mit Traktion- oder Far-mer-Profil auf abgesetzten bindigenAckerböden mit einer verfestigtenPflugsohle zwischen 20 und 25 cm.Das Hauptziel ist der präventiveSchutz der Ackerböden gegenschwere reversible und irreversibleSchadverdichtungen.

Inhalt Seite

Problemstellung 2

TASC – Das Wichtigste in Kürze 2

Einzelelemente 4

Anwendungsbeispiele 5

Einschränkungen und Grenzen 7

Nachprüfung der Anwendung 11aufgrund von Versuchen

Schlussfolgerungen 12

Fachbegriffe 13

Literatur 14

1 Ausgeschrieben in Deutsch: Reifen/Raupen und Bodenverdichtung2 In Zusammenarbeit mit Agroscope FAL Reckenholz, Eidgenössische Forschungs-anstalt für Agrarökologie und Landbau

33514_BBL_FAT_613_D 19.04.2004 10:21 Uhr Seite 1

2 FAT-Berichte Nr. 613

FAT-Berichte Nr. 613: Wechselwirkung zwischen Fahrwerk und Ackerboden

Problemstellung

Zunehmende Lasten, höhereBodenbeanspruchung

Seit der Mitte der 1980er Jahre hat dieüberbetriebliche Mechanisierung derLandwirtschaft im Zeichen der Rationa-lisierung ausserordentlich stark zuge-nommen. Die Leistungsfähigkeit derFeldmaschinen wurde extrem gestei-gert, parallel dazu sind die Geräte-,Maschinen- und Traktorengewichte infrüher kaum für möglich gehalteneGrössenordnungen angestiegen. MitRadlasten bis über 11 t und Maximal-gewichten um 60 t stehen etwa in derZuckerrübenernte die bisher schwers-ten Landmaschinen im Einsatz. Einewirtschaftliche Nutzung von Grossma-schinen bedingt lange Arbeitszeitenbzw. hohe Auslastungen. Damit steigtdie Gefahr, dass der Boden vermehrtauch unter ungünstigen Bedingungen(Feuchtigkeit) befahren wird. DerBodenschutz bekommt einen zuneh-mend höheren Stellenwert, denn dieBodenverdichtungsgefahr in derAckerkrume und im Unterboden stehtheute wie nie zuvor im Vordergrund.Als Folge ist die Wasser-, Luft-, Nähr-stoff- und Wärmeversorgung oft nichtmehr optimal gewährleistet.

Bodenverdichtung führt zu erschwer-ter Wasserinfiltration, was die Häufig-keit und Schwere von Überschwem-mungen begünstigt. In der Ebene undvor allem am Hang ist durch oberfläch-lichen Abfluss mit Erosionsschäden zurechnen. Ausserdem sind Strukturver-änderungen in Form von Verdichtun-gen im Unterboden schleichende, oftbleibende Schäden, die vor allem beiWitterungsextremen zum Ausdruckkommen und sich längerfristig negativauf die Fruchtbarkeit und Ertragsfähig-keit der Böden auswirken.In der Schweiz wird in der Verordnungüber die Belastung des Bodens imBereich des physikalischen Boden-schutzes der Bodenverdichtung undBodenerosion hohe Priorität beigemes-sen (Richtlinien sind in Vorbereitung).Das Vorsorgeprinzip steht bei der lang-fristigen Sicherung der Multifunktiona-lität des Bodens und damit dem Erhaltder Bodenfruchtbarkeit im Vorder-grund. Die Umsetzung bereitet bisherbeträchtliche Probleme, da konkretebzw. fallspezifische, fundierte Anwei-sungen und Anhaltspunkte in der land-wirtschaftlichen Praxis fehlen. Hiersteht die Problematik, dass der Bodenein heterogenes lebendiges Gebilde ist,welches stetigen Wechselwirkungenunterworfen ist.

TASC – Das Wichtigste in Kürze

Vor Arbeitseinsätzen mit schweren Feld-geräten und -maschinen stellt sich beson-ders bei erhöhter Bodenfeuchtigkeit dieFrage nach der Bodenbeanspruchung.Besteht das Risiko einer Bodenverdich-tung, welche technischen Massnahmenbringen welchen Nutzen? Muss derArbeitseinsatz allenfalls verschoben wer-den?TASC (Spezifikationen Kästchen 1) ist einpraxisbezogenes Hilfsmittel zur Entschei-dungsfindung, geeignet für alle Bereichewelche mit dem Problem Fahrwerk-Bodenbeanspruchung konfrontiert sind:Landw. Praxis, Beratung, Planung, Lehre,Reifen- und Landmaschinenindustrie. Für einen oder mehrere Anwendungsfäl-le (gleichzeitig maximal vier) können dieBodenbeanspruchung und die Schadver-dichtungsgefahr je nach Fahrwerkart,Last, Bereifungs- oder Reifendimension,

Reifeninnendruck, Bodenart und -festig-keit dargestellt werden (Abb. 1). Für eineeinfache und schnelle Erfassung der Rei-

fendaten ist entweder eine direkte Einga-be der Reifenabmessungen in Zentime-tern oder aber eine Datenübernahmedurch Anklicken aus den abgespeicher-ten Reifentabellen welche die Daten vonüber 1000 Reifentypen aus der Land- undForstwirtschaft enthalten. Verlangt wer-den unter anderem je eine Eingabe fürdie Bodenart und die Bodenfestigkeit.Diese Informationen können allenfallsdurch Fühlproben und den sogenannten«Schraubenziehertest» leicht am Bodenermittelt werden. Indirekt wird mit derBodenfestigkeit auch der Feuchtigkeits-zustand der in der Praxis kaum direktgemessen werden kann, im Oberbodenberücksichtigt. Diese «Praxis-Methoden»werden in der Anwendung anschaulicherörtert. Schon die Eingabemaske zeigtfolgende Hauptinformationen auf: Kon-taktfläche und -druck sowie den Hinweisauf eine allfällige Schadverdichtungsge-fahr. Als Zusatz- und Detailinformationensind folgende Bodenkennwerte abruf-bar: Druckausbreitung im Boden (gra-phisch und numerisch), Druckzwiebel(graphisch und numerisch) sowie dieDruckspannung in einem beliebigenPunkt im Boden (numerisch). Eine allfälli-ge Schadverdichtungsgefahr wird dabeiin den entsprechenden Bereichen ange-zeigt. Unabhängig von diesen Informa-tionen lässt sich die maximale zulässigeRadlast gemäss den internationalen Rei-fennormen berechnen.

Beispiele für die Anwendung:– Überprüfung der Bodenbeanspru-

chung je nach Bereifungs-/Raupendi-mension, Rad-/Raupenlast und Reifen-

Software-Spezifikationen – Bestellung

Version TASCV1.xls V1.0, 2004Betriebssystem Ab Win 98 (2ed)Software Ab Office 97, (Excel 97)Sprachen Deutsch, Französisch, EnglischSpeicherbedarf ca. 50 MBMedium CD-Rom Preise (ohne MwSt, ohne Porto): 1. Bestellung UpdateFür öffentl. und gewerbl. Anwendung CH Fr. 350.– (225 €) 150.– (95 €)Privatanwendung CH Fr. 120.– ( 50 €) 50.– (30 €) E-Mail-Kontakt [email protected] Herausgeber Agroscope FAT Tänikon, CH-8356 Ettenhausen

www.fat.ch, [email protected] Vertrieb Agroscope FAT Tänikon, CH-8356 Ettenhausen

Tel. 052 368 31 31, Fax: 052 365 11 90E-Mail: [email protected]

Kästchen 1



TASC – Das Wichtigste in Kürze

innendruck für eine vorgegebeneOberbodenfestigkeit.

– Überprüfung der Bodengefährdung jenach Oberbodenfestigkeit für eine vor-gegebene Belastung (Bereifung, Rad-last, Reifeninnendruck).

– Beurteilung der Schadverdichtungsge-fahr mit verschiedenen Belastungen jenach Bodentypen, Oberbodenfestig-keit und maximale Auflockerungstiefe.

– Überprüfung der Bodenbeanspru-chung in einem beliebigem Punkt desBodens (z.B. innerhalb einer Pflanzen-reihe bzw. ausserhalb des Spurbe-reichs).

– Vergleich Reifenarten und -typen hin-sichtlich der Reifen- und Felgendimen-sionen, des Lastindexes, der Tragfähig-keit je nach Reifeninnendruck,Fahrgeschwindigkeit und der Druck-ausbreitung im Boden.

– Berechnung der maximal zulässigenRadlast je nach Reifendimension, -innendruck und Fahrgeschwindigkeit.

Grundlagen und Konzept:Vorbelastung und DruckausbreitungDie Anwendung stützt sich auf dasGrundkonzept der sogenannten Vorbelas-tung. Ist die durch eine Lasteinwirkunghervorgerufene Druckspannung (F) ineiner bestimmten Tiefe kleiner als derBodenwiderstand (R, auch Vorbelastunggenannt), entsteht keine Verformung,der Boden reagiert eher elastisch. Wird Fjedoch grösser als R, dann reagiert derBoden eher plastisch. Verformungen inForm von Verdichtungen sind zu erwar-ten (Abb. 2). Unter Schadverdichtung im Ackerbauversteht man Verdichtungen, die dasPflanzenwachstum nachhaltig beein-trächtigen, sie liegen in einer Bodentiefeunterhalb des Arbeitsbereiches der übli-chen Auflockerungswerkzeuge.

(Gleichung 1)

LDeff. [g/cm3] = LDs [g/cm3] + 0.009 [T%]

wobei LDeff für die effektive Lagerungsdichte

LDs für die trockene Lagerungsdichte

T für den Tongehalt (gravimetrisch)

Zur Beurteilung des Verdichtungsgradesals Folge der Einwirkung von Maschinen-last ist die Lagerungsdichte (Masse derFestsubstanz des Bodens pro Volumen-

einheit) eine wichtige Bezugsgrösse.Nach Qasem et al. (2000) korreliert dieLagerungsdichte am engsten mit dem Bo-denwiderstand (auch Vorbelastung ge-nannt). Zur Berechnung des maximalenzulässigen Bodenwiderstandes werdenRegressionen zwischen der effektiven

Lagerungsdichte (Gleichung 1, Arbeits-gruppe Boden 1996) und der Vorbelas-tung bei pF1,8 (Wasserspannung bei derFeldkapazität, Grobporen Ø > 50 µm ent-wässert) aus drei Datensätzen (Lebert1989, Qasem et al. 2000, FAL 2003)gerechnet (Tab. 1).

Start

Reifendatentabelle

Lastindex

Geschwindigkeitsindex

Bodenart

Maximale Auflockerungstiefe

Oberbodenfestigkeit

Reifen-/ Raupendimension

Rad-/ Raupenlast

Reifeninnendruck

Kontaktfläche

Kontaktdruck

Schadverdichtungsgefahr

Druckausbreitungskurven

- Numerische Daten

Druckzwiebel-Graphiken

- Numerische Daten

Druckspannung in einem beliebigen Punkt im Boden

Abstand zur Rad-/ Raupenmitte

Tiefe

Zulässige Radlast nach ETRTO-Normen

Eingabe Reifeninformationen Ergebnisse – ausdrucken oder abspeichern möglich

Abb. 1: Vereinfachtes Flussdiagramm von TASC. Da die Eingabepositionen als Stan-dardvorgabe mit typischen Beispielsdaten belegt sind, können alle Ausgabemaskenauch ohne vorgängige Dateneingabe direkt eingesehen werden.

≤ >

Druckverlauf

Boden Belastung

Max.Auflockerungstiefe

Körnung Oberboden -festigkeit

Radlast Reifen -dimension

Reifen -innendruck

R pF1.8 < oder ≥ F

Boden Belastung

AuflockerungstiefeKörnung Oberboden -

festigkeitRadlast Reifen -

dimensionReifen -

F R pF1.8

Tiefe

/ Bodenwiderstand

F R pF1.8

Tiefe

/ Bodenwiderstand

F R pF1.8

Tiefe

/ Bodenwiderstand

Tiefe

F RpF1.8

/ Bodenwiderstand

Tiefe

F RpF1.8

/ Bodenwiderstand

Tiefe

F RpF1.8

/ Bodenwiderstand

F RpF1.8

Druckverlauf / Bodenwiderstand

SchadverdichtungsgefahrNicht tolerierter Verdichtungsbereich

R pF1.8 = Max. zulässiger Bodenwiderstand bei pF1.8 F = Belastung

Abb. 2: Grundprinzip der Anwendung. Ist die Druckspannung F in der maximalenAuflockerungstiefe höher als der kritische Bodenwiderstand R in dieser Tiefe, entstehteine Schadverdichtungsgefahr.




Die Arbeitsgruppe «PhysikalischerBodenschutz» der BodenkundlichenGesellschaft der Schweiz (BGS) erachtet1,7 g/cm3 als Richtwert für die effektiveLagerungsdichte. Diese Grösse gilt folg-lich bei TASC als Referenzwert. Zu jedemDatensatz werden die maximalen Stabi-litätswerte des Bodens je nach Körnungs-klasse wiedergegeben (Tab. 1).

Die hier abgeleiteten Werte der entspre-chenden Vorbelastung liegen in einemeher hohen Bereich für die fünf einzelnenKörnungsklassen. Erscheint in derAnwendung die Information «Schadver-dichtungsgefahr», so wird daher mithoher Wahrscheinlichkeit auch eine wirk-liche Bodengefährdung vorliegen. Ist nunder Wassergehalt im Unterboden nochhöher (Fühlprobe), nimmt die Bodenge-fährdung gemäss unseren Versuchenwider Erwarten nicht mehr zu. Trocknetder Unterboden hingegen ab, nimmt dieBeanspruchung entsprechend ab.

Einzelelemente

Die Anwendung besteht aus folgen-den Teilen: Eingabe- und Ausgabebe-reich sowie die Reifendatentabellen mit der zugehörigen Berechnungsoptionzur Ermittlung der zulässigen Radlastnach den ETRTO-Normen (The EuropeanTyre and Rim Technical Organisation)(Abb. 1).

Eingabebereich (Abb. 3):Leicht erfassbare Kenngrössen

Bodenart im Bereich der maximalenAuflockerungstiefe: Bei der Festlegungdes maximal zulässigen Bodenwiderstan-des spielt die Bodenart (Körnung desBodens) eine Rolle. Die Körnung wird infünf Klassen eingeteilt. Die Bestimmungder einzelnen Klassen (falls unbekannt)lässt sich anhand von Fühlproben (Hasin-ger et al. 1993) durchführen (Abb.4).

Mit der maximalen Auflockerungstie-fe wird festgelegt, ab welcher Tiefe eineSchadverdichtungsgefahr vorkommenkann. Diese entspricht im Ackerbau oftder Höhe der verfestigten Pflugsohle,wenn der Boden periodisch nicht tieferbearbeitet wird.

Die Oberbodenfestigkeit ist entschei-dend für die Tragfähigkeit des Bodens.Die Intensität der Druckausbreitung wirddadurch stark beeinflusst. Mittels desSchraubenziehertestes lässt sich die

Bodenstabilität [kPa] berechnet nach Daten von TASC

Lebert (1989) Qasem (2000) FAL (2003) [kPa]Einstufung

gemäss DVWK (**)

Lehmiger Ton, Ton (41-77% T, 22-48% U)

70 78 – (***) 80 mittel

Toniger, lehmiger, sandiger Schluff, Schluff (9-42% T, 52-86% U)

108 106 71 105 hoch

Toniger Lehm, Lehm (21-40% T, 29-37% U)

89 85 71 85 mittel

Sandiger Lehm, lehmreicher Sand (11-20% T18-39% U)

105 – 74 105 hoch

Lehmiger Sand, schluffiger Sand, Sand (1-9% T, 3-22% U)

120 – – 120 sehr hoch (*) Grobporen (Ø ≥ 50 µm) entleert. Wassserspannung: 63 hPa(**) DVWK für Deutscher Verband für Wasserwirtshaft und Kulturbau (siehe DVWK, 1995)(***) Im Tonbereich gab es unter den FAL-Daten keinen Messpunkt mit einer effektiven Lagerungsdichte

gleich oder höher als 1,7 g/cm3

– Keine Messdaten in der KörnungsklasseT = TongehaltU = Schuttgehalt

Tab. 1: Bodenstabilitätswerte unter entwässerten Bodenverhältnissen,(*) diezum Richtwert der effektiven Lagerungsdichte (1,7 g/cm3) korellieren.

Abb. 3: Eingabemaske. Bis vier Varianten lassen sich gleichzeitig bearbeiten bzw. vergleichen. Die Reifendaten können entwederaus der Reifentabelle übernommen werden oder aber direkt in Zentimetern eingegeben werden.



Einzelelemente/Anwendungsbeispiele

Oberbodenfestigkeit, die vor allem vonder Bodenstruktur, Bodenfeuchte undvom Wurzelnetz abhängt, auf einfache

Weise in der Praxis einschätzen (Abb. 5,Spiess et al. 2001). Die Bodenfestigkeitwird hier mit den drei Klassen «fest»,

«halbfest» und «weich» definiert. Beietwas Erfahrung im Umgang mit dieserMethode ist es sehr wohl möglich, auchnoch je eine Zwischenbewertung durch-zuführen. Im verfestigten, meist feuchtenbis sehr feuchten Unterboden konnteder Einfluss des Wassergehaltes auf dieDruckausbreitung in unseren mehrjähri-gen Feldversuchen dagegen nicht nach-gewiesen werden (Diserens et al. 2002).

Reifenart, Reifenbreite und -durch-messer bzw. Raupenbreite und -län-ge bestimmen weitgehend die Kontakt-fläche zwischen Fahrwerk und Boden.Für die Reifen können die Art (Normal-querschnitt, Niederquerschnitt oder Ter-ra) und die Dimensionen direkt aus denReifendaten-Tabellen in die Eingabeta-belle übernommen oder auch manuelleingetragen werden. Bei Raupen werdendie Angaben ausschliesslich manuell ein-getragen. Die Rad- bzw. Raupenlast istsowohl massgebend zur Ermittlung derKontaktfläche als auch zur Erfassung desKontaktdruckes. Um die Grenzbereicheaufzuzeigen, wird dabei die höchste Rad-/Raupenlast einer Arbeitseinheit (Maschi-ne, Fahrzeug) für die Berechnung inBetracht gezogen. Auch der Reifenin-nendruck steht in engem Zusammen-hang mit der Kontaktfläche im Feld. Jetiefer der Reifeninnendruck, desto grös-ser wird die Kontaktfläche (Diserens2002). Die Grundlagen von TASC sindbisher vorwiegend auf Farmer- und Trak-tionsprofil ausgerichtet (Abb. 6).

Ergebnisse: Tabellarisch undgrafisch

Der Kontaktfläche liegen die Reifenart,Reifendimension, Radlast, und der Reifeninnendruck (die letzteren beidenKriterien nur bei grossen Bereifungen,Durchmesser > 130 cm) sowie die mathe-

AnwendungsbeispieleDie folgenden Beispiele nehmen Bezug auf die Abbildungen 3 und 7 bis 13

1. Fahrwerkvergleich 2. Bodenvergleich Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4

Oberbodenfestigkeit halbfest halbfest fest

Maschine Reifentraktor Raupentraktor MähdrescherTyp Case Mx Magnum Claas Chal. 45 JD MD 2254Leistung 169 kW 178 kW 132 kWBereifung / Raupen 20,8R42 64 x 213 cm 800/65 R32Gesamtgewicht 7630 kg 10300 kg 19200 kg (Korntank voll)Rad-, Raupenlast 2290 kg 5150 kg 7630 kgReifeninnendruck 1,0 bar – 1,5 barAbbildungen 7 8 9

1. FahrwerkvergleichBodenbeanspruchung von zwei Fahrwerksystemen: Reifen- und Raupenfahrwerkmit ähnlicher Motorleistung. Voraussetzung: Möglichst gleichmässige Gewichts-verteilung durch optimale Geräteanbringung und ausreichend hohe Raupenspan-nung. Welches von den beiden Fahrwerksystemen wirkt bodenschonender (Abb.7-8)?Aus den Druckausbreitungskurven (Abb. 11, Var. 1+2) ist zu entnehmen, dassder Oberboden beim Einsatz des Raupenfahrwerkes trotz der höheren Last weni-ger beansprucht wird als beim Reifenfahrwerk. Druckspannungen werden unterdem Raupenfahrwerk erst zwischen 45 und 50 cm (45,7 cm) Bodentiefe höher alsunter dem Rad. In beiden Fällen gibt es hier bei den vorgegebenen Bodenverhält-nissen keine Verdichtungsgefährdung im Bereich der maximalen Auflockerungstie-fe bei 25 cm. Auch die Druckzwiebelgraphiken (Abb. 12, Var. 1+2) zeigen die stärkere Bean-spruchung des Oberbodens durch den Reifen. Mit zunehmender Tiefe wird zudemverdeutlicht, dass sich die Druckfortpflanzung unter der Raupe infolge der grösse-ren Kontaktfläche eindeutig langsamer abnimmt.Aus den ETRTO-Normen darf die Bereifung 20.8R42 laut Angaben von Good Year,bei 1 bar und bei 30 km/h mit maximal 3290 kg belastet werden (Abb.15). Wennder Reifeninnendruck nicht verstellt wird, ist bei 40 km/h eine Radlast von 3075 kgnoch zulässig. Betreffend der vorgegebenen Radlast gibt es keine Einschränkun-gen. Fazit: In Anbetracht der oben erwähnten Voraussetzung beansprucht die Raupe indiesem Fallbeispiel den Oberboden eindeutig weniger als der Standardreifen. Inbeiden Fällen besteht in der maximalen Auflockerungstiefe von 25 cm keine Schad-verdichtungsgefahr. 2. BodenvergleichBodengefährdung eines Mähdreschers mit 4,8 m Arbeitsbreite und vollem Korn-tank auf sandigem Lehm. Kann ein mittelgrosser Mähdrescher zur Zeit der Getrei-deernte einen sandigen Lehmboden schadverdichten (Abb. 9-10)?Aus den Druckausbreitungskurven (Abb. 11, Var. 3+4) besteht eine Schadver-dichtungsgefahr in der kritischen Auflockerungstiefe bis über 30 cm Bodentiefe aufhalbfestem Oberboden mit vollem Korntank (ca. 4,8 t.). Erst mit einer Lastreduzie-rung auf ca. 6200 kg wird die Gefährdung beseitigt. Bei festem Oberboden gibt eskeine Gefahr. Tendiert man mittels halber Bunkerfüllung auf eine zulässige Radlastvon 6,5 t bei einer Reifeninnnendrucklimite von 1 bar, so kann die Bodengefähr-dung in der kritischen Zone wirkungsvoll vermindert werden.Ist der Boden halbfest (Abb. 12), konzentrieren sich die Druckspannungen gegendie Mitte des Reifens. Der Boden wird weniger seitlich, dafür mehr in der Tiefebeansprucht.Fazit: Auf sandigem Lehm und mit vollem Korntank ist hier nur auf festem Ober-boden zu fahren. Beim halbfesten Boden ist nur mit zirka halber Tankfüllung (Rad-last 6500 kg, Reifeninnendruck 1 bar) zu arbeiten.

Abb. 4: Mittels der Fingerprobe könnendirekt im Feld Rückschlüsse auf die Kör-nung bzw. die Bodenart und die Boden-feuchtigkeit gezogen werden.

Kästchen 2




matischen Zusammenhänge (Algorith-men) für normal gelagerte (abgesetzte),feuchte Ackerböden zu Grunde (Diserens2002). Beim Kontaktdruck als Ausgangsgrössefür die Berechnung der Druckausbreitungim Boden handelt es sich um den Mittel-wert (im Oberboden verläuft die Druck-verteilung z.B. infolge der Stolleneinwir-kung sehr heterogen). Der mittlereKontaktdruck wird durch die Rad- oderRaupenlast und die Kontaktflächebestimmt.Bodengefährdung: Überschreitet dieDruckspannung den festgelegten Boden-widerstand bei pF1.8 auf der Höhe dermaximalen Auflockerungstiefe, so wirddie Schadverdichtungsgefahr mit einem«ja» bestätigt und allenfalls die maxima-le Tiefe der Schadverdichtungsgefahrangegeben, im anderen Fall verneint.

Die Berechnung der Druckausbreitungund des kritischen Bodenstabilitäts-punktes beruht primär auf den Glei-chungen für homogene Böden von Fröh-lich (1934). Sie wurden aufgrundzahlreicher Messungen in der Ackerkru-me und im Unterboden auf bindige(kohäsive) Böden mit unterschiedlichen

Oberbodenfestigkeiten abgestimmt (Di-serens et al. 2002, Abb. 10). Abbildung11 zeigt Beispiele für den Verlauf derDruckausbreitung: Wenn die Druckaus-breitungskurve die Stabilitätsgerade (aufder Höhe der maximalen Auflockerung-stiefe) schneidet, entsteht Schadverdich-

tungsgefahr (Variante 3). Nebst der grafi-schen Darstellung sind die Druckspan-nungen ebenfalls in Tabellenform zu-gänglich.Unter «Druckzwiebel» wird eine zwei-dimensionale Darstellung der Druckaus-breitung im Boden (Abb. 12) verstanden,

a) b) c)

Abb. 5: Schraubenziehertest zur einfachen Bestimmung der Oberbodenfestigkeit: a) fest (> 8 kg Druck), b) halbfest (5-8 kg Druck),c) weich (bis 5 kg Druck). (Foto M. Welter, Landfreund)

Abb. 6: Den Ausgangsversuchen fürTASC liegen vorwiegend Farmer- undTraction-Reifenprofile zugrunde. (Foto Trelleborg)

Farmer Traction

Abb. 7 + 8: Reifenfahrwerk mit vergleichsweise kleiner Kontaktfläche (Abb.7, FotoCase) und Raupenfahrwerk mit grosser Kontaktfläche (Abb.8, Foto P. Trachsel). DieMotorleistungen dieser Traktoren liegen in der gleichen Grössenordnung, das Gesamt-gewicht des Raupentraktors ist beträchtlich höher.



Einschränkungen und Grenzen

basierend auf der Grundformel von Bous-sinesq (Lang et al. 1982). Die Einzellinienbzw. die sogenannten «Isobarelinien»geben jeweils einen konstanten Druck-verlauf wieder. Auch hier erfolgte eben-falls eine Anpassung für mittelschwerebis schwere bindige Ackerböden mitunterschiedlichen Oberbodenfestigkei-ten. Abbildung 12 zeigt, dass die Druck-spannung bei höherer Last (Variante 2)tiefer in den Boden eindringt als bei klei-nerer Last (Variante 1). Bei konstanterLast und unterschiedlichen Bodenverhält-nissen dagegen konzentrieren sich dieDruckspannungen gegen die Mitte beieher abnehmender Bodenfestigkeit (Vari-ante 3 halbfester Oberboden, Variante 4fester Boden). Mit zunehmender Tiefe

wird der Druckspannungsunterschied beiidentischer Radlast immer kleiner. In einerzusätzlichen Tabelle sind die Einzelwerteder Isobarelinien schrittweise wiederge-geben. Abbildung 13 zeigt, dass sich auch dieDruckspannung in einem beliebig vor-definierten Punkt des Bodens berechnenlässt. So wird zum Beispiel bei der Vari-ante 3 die Schadverdichtungsgefährdungin 25 cm Bodentiefe, bei 17,4 cmAbstand zur Radmitte erreicht. Es wirdalso eine maximale Breite von 34,8 cm (2-mal 17,4 cm) in 25 cm Tiefe schadver-dichtet. Wird der Abstand zur Fahrwerk-mitte auf null gesetzt, dann erhält mandie Werte der Druckausbreitungskurve(Abb. 11, Variante 3). Die Erfassung der

Druckspannung ausserhalb der Fahrspur,am Spurrand oder in einer Tiefe über 110cm, kann je nach Fragestellung sinnvollsein.

Technische Angaben vonmehr als 1000 Reifentypen

In einer Reifendaten-Tabelle finden sichüber 1000 Reifentypen (Stand 2003),unterteilt in fünf Hauptgruppen(Antriebs- und Anhängerreifen aus derForstwirtschaft, Lenkungs-, Antriebs-und Anhängerreifen aus der Landwirt-schaft). In jeder Hauptgruppe sind dieBereifungen nach zunehmendem Felgen-durchmesser in Zoll aufgelistet. DieAngaben über Reifenart und Reifendi-mension können eingesehen und direktin die Eingabetabelle übernommen wer-den. Unabhängig von den ersten Anwen-dungsteilen lässt sich von jeder Reifenpo-sition die maximal zulässige Radlast jenach Bereifung, Reifeninnendruck undFahrgeschwindigkeit nach den ETRTO-Normen berechnen. Neben den Standardgrössen wie Felgen-durchmesser, Felgentypen, Reifenbreite,Reifendurchmesser, Kontaktfläche, Lastund Geschwindigkeitsindex (Abb. 14a)sind auch Angaben über die minimaleund maximale Tragfähigkeit bei 30 km/hsowie über die maximal zulässige Trag-fähigkeit bei 40 km/h enthalten (Abb.14b).

Reifentragfähigkeit ist auchsicherheitsrelevant

Die maximal zulässige Radlast kann jenach Reifenkategorie, Reifeninnendruckund Fahrgeschwindigkeit variieren. Umnun die maximal zulässige Radlast füreinen bestimmten Fall zu berechnen,wird aus der Reifentabelle die maximaleLast bei 30 km/h (Reifeninnendruckbeachten) unter der entsprechenden Rei-fenkategorie in die Berechnungstabelle(Abb. 15) übertragen und die gewünsch-te Geschwindigkeit eingetragen.

Einschränkungen undGrenzen

Die ausgegebenen Informationen bezüg-lich Druckausbreitung, Bodenbeanspru-chung und -gefährdung beruhen auf denmathematischen Zusammenhängen ausFeldmessungen im Ackerbau. Trotz einerfundierten Datengrundlage bzw. breiten

Abb. 9: Mähdrescher mit 7630 kg Radlast. Als Anwendungsbeispiel stellt sich die Fra-ge, ob mit vollem Korntank allenfalls eine Schadverdichtungsgefahr auftreten kann.(Foto Matra)

Druckspannung [kPa]

Messwerte mit Standartabweichungen

Fester Boden (q = 1) berechnet Weicher Boden (q = 2) gemessen + berechnet

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300

01[ efeitnedoB

-2 ]

m

Abb. 10: Modellrechnung: Beispiel für die Ableitung der Gleichung für die Druckaus-breitung. Weicher Boden: Mähdrescher, Bereifung 800/65R32, Radlast 7630 kg, Rei-feninnendruck 1,5 bar.




Auswahl unterschiedlicher Böden, Festig-keitsverhältnisse und Bereifungen kön-nen die Informationen von TASC immernur eine mehr oder weniger grosseAnnäherung an die realen Verhältnisseerreichen. Im Hinblick auf die vielfältigeBeschaffenheit der Böden und die mögli-cherweise grosse räumliche und zeitlicheVariabilität innerhalb einer Ackerflächewird dies verständlich. Dazu kommennoch die in gewissen Situationen nichthinreichend erfassbaren dynamischenKomponenten aus dem Boden und ausdem Fahrwerk bei der Kraft- bzw. Lastü-bertragung durch die Fahrwerke. Je nachder jeweiligen Ausgangslage verlangendie Ergebnisse daher eine entsprechendvorsichtige bzw. differenzierte Interpreta-tion (Kästchen 3).

Mittelschwere bis schwereAckerböden

Die Ausgangsversuche fanden bisherausschliesslich auf Ackerflächen miteher bindigen (kohäsiven) Bodentex-tur (sandigem Lehm bis lehmiger Ton mitüber 15% Tongehalt und weniger als 5%Humusgehalt) statt. Ausgesprochene

Sandböden sind infolge der groben Kör-nung wenig bindig. Wegen des hohenHumus- oder Torfgehaltes gilt dies auchfür die organischen Böden (Moorgley-,Anmoorgley- und Moorböden). Demzu-folge ist zu erwarten, dass die Druckaus-breitung in diesen Böden für einebestimmte Belastung intensiver als inbindigen Böden abläuft. Infolge einernoch nicht ausreichenden Versuchs-grundlage mit diesen Bodentypen sinddie Ergebnisse bei der Erfassung vonsandreichen und organischen Böden mitVorbehalt zu interpretieren. Die Schad-verdichtungsgefahr im Unterboden isthier eher grösser. Eine Validierung aufNaturwiese oder Waldböden fehlt aus-serdem noch weitgehend. Zu erwähnenist, dass die Waldoberböden empfindli-cher als die Ackeroberböden sind. Schad-verdichtungen kommen schon bei kleine-ren Belastungen vor.Bei den Felderhebungen waren feuchtebis nasse (gesättigte) Bodenverhält-nisse die Regel. Wenige feuchte bis ehertrockene Unterbodenverhältnisse miteiner höheren Wasserspannung als 130hPa (Poren Ø > 23 µm entleert) wurdennur in zwei Einzelfällen festgestellt. Hier

liegt der Hauptgrund, dass der kritischeBodenstabilitätspunkt bei einer Wasser-spannung von 63 hPa (gilt als Referenz-wert für feuchte Böden) festgelegt wur-de. Kann der Unterboden nach derÜberprüfung als trocken bezeichnet wer-den (>150 hPa), ist die Schadverdich-tungsgefahr beträchtlich kleiner.Die Ausgangsversuche fanden auf Stan-dorten mit einem geringeren Skelettan-teil (< 3%) statt. Es ist anzunehmen,dass der Boden mit zunehmendem Ske-lettanteil tragfähiger und dementspre-chend auch weniger verdichtungsemp-findlich wird. Dieser Einfluss(Skelettanteil > 3%) wird in der Anwen-dung noch nicht berücksichtigt.

Kleine Reifen: Reifeninnen-druck wird bisher nichtberücksichtigt Bisher werden nur bei Bereifungen miteinem Durchmesser > 130 cm die Rad-last und der Reifeninnendruck für dieBestimmung der Kontaktfläche unddementsprechend auch für die Beurtei-lung der Bodengefährdung berücksich-tigt (Diserens 2002). Für kleinere Berei-fungen (Lenkungsreifen, Kleintraktor-reifen und die meisten Anhängerreifenmit einem Reifendurchmesser ≤ 130 cm)wird hingegen der Reifeninnendruck beider Ermittlung der Kontaktfläche bzw.der Beurteilung der Bodengefährdungnicht miteinbezogen. Bei den Erhebun-gen der Kontaktfläche im Feld sind vor-wiegend Bereifungen mit Traktion oderFarmer-Profil für Zugmaschinen geprüftworden. Berechnungen für Anhängerrei-fen mit Ribbed-, A.W. oder FlotationProfile sind demzufolge mit Vorbehalt zuinterpretieren.

Maximal drei Überrollungen,Fahrgeschwindigkeit 3 bis 8 km/hBei der Berechnung der Bodengefähr-dung wird allgemein von einer Feld-durchfahrt (d.h. von bis zu drei Reifenü-berfahrten mit drei Achsen) ausge-gangen. Dabei ist von Bedeutung, dassvor allem bei schweren selbstfahrendenErntemaschinen die maximale Belastungzwei- bis höchstens dreimal auf der glei-chen Stelle einwirkt. Wendevorgängeam Parzellenrand mit Vielfachbefah-rungen können mit der Anwendungnicht berücksichtigt werden. Bei den Feldversuchen lag die Fahrge-schwindigkeit zwischen 3 und 8 km/h.Der Boden wurde somit durch dynami-

Abb. 11: Druckausbreitung im Boden. Wird der Grenzbereich durch die Druckaus-breitungskurve geschnitten, ist die Belastung als zu hoch zu werten, es besteht Schad-verdichtungsgefahr.

(1) Tolerierbare Verdichtung(2) Tolerierbare Verdichtung(3) Schadverdichtungsgefahr zwischen 25 und 30 cm(4) Erhöhte Verdichtungsgefahr bis 7 cm



Einschränkungen und Grenzen

sche Kräfte beansprucht. In diesemGeschwindigkeitsbereich kann der Ein-fluss der Fahrgeschwindigkeit auf dieBodenverformung infolge der Sofortset-zung vernachlässigt werden. Grundsätz-lich aber weicht die zeitunabhängigeSofortsetzung von der maximalen Set-zung (erreicht im Labor nach 24 Stundenunter statischer Krafteinwirkung) beigrobkörnigen Böden weniger ab als beifeinkörnigen feuchten Böden (Horn et al.1994). Unter einer kurzen Belastung undbei unkonsolidierten Böden verformt sichein Sandboden stärker und schneller alsein Tonboden. Es ist anzunehmen, dassdie Fahrgeschwindigkeit (wenn über-haupt) deswegen eine kleinere Rolle fürgrobkörnige als für stark kohäsive Bödenspielt.

Rad- und Raupenlasten kön-nen in der Praxis variieren

Es ist zu beachten, dass die Rad- oderRaupenlasten im praktischen Einsatzinfolge der Zug- und Drehmomenteoder Schwerpunktverlagerungen amFahrzeug von den in statischem Zustand (ohne Zusatzgeräte, ohneZusatzbelastung) ermittelten Wertenstark abweichen können. In Erzielungrealistischer Ergebnisse sind hier allenfallsentsprechende Anpassungen bei denEingabewerten vorzunehmen. Diesbetrifft beispielsweise Traktoren beihoher Zugbelastung (Radlast vornenimmt ab und hinten zu), schwerenAnbau-/Aufsattelgeräten und hohenDeichselstützlasten (Radlast hintenerhöht sich). Beträchtliche Veränderun-gen der Rad-/Raupenlasten können auchdurch die unterschiedlichen Bunker-/Tankfüllungen bei Erntemaschinenauftreten. Hanglagen bewirken beiallen Fahrzeugen entsprechende Verlage-rungen der Rad-/Raupenlasten (seitlichbei Schichtlinienfahrt und in derLängsachse bei Berg- und Talfahrt).

Raupen erfordern besondereUmsicht

Bei Raupenfahrwerken können diepartiellen Kontaktdrücke infolge dereinzelnen Stützrollen und ungünstigerZugmomente je nach den technischenEinflussgrössen (Raupenspannung,Stützrollenabstand und -aufhängung,Geräteanbringung bei Zugmaschinen)und den Bodenverhältnissen vomberechneten Mittelwert mehr oder weni-ger abweichen (Keller 2002). Fehler beider Geräteanbringung (z.B. zu hohe Belas-

tung der hinteren Umlenkrolle) könnensich dabei noch gravierender auswirken(punktuell hohe Lasten) als bei Reifen-traktoren. Wie bei Bereifungen wird hierals Ausgangsgrösse der mittlere Kontakt-druck anhand der Kontaktfläche undRaupenlast berechnet. Realistische Infor-mationen kann TASC nur hervorbringen,

wenn eine möglichst gleichmässige Last-verteilung auf die Stütz- und Umlenkrol-len erzielt werden kann, wie es die Ergeb-nisse von Marsili et al. (1998) beibindigen Böden zeigen. Bei lockerem,ebenem Boden wird das Optimum dannerreicht, wenn die Einsinktiefe der Rau-pen während dem Arbeitseinsatz vorne

Abb. 12: Druckzwiebel-Graphiken ermöglichen eine zweidimensionale Beurteilungder Bodengefährdung. Dabei wird deutlich, dass die Druckeinwirkung in der Reifen-bzw. Raupenmitte am höchsten ist.

Abb. 13: Druckspannung in einem vordefinierten Punkt im Boden. Eine Druckspan-nungsberechnung ausserhalb der Fahrspur (zB. in Pflanzenreihen), am Spurrand oderin grosser Tiefe (> 110 cm) kann bei bestimmten Fragestellungen sinnvoll sein.




und hinten konstant ist, und die Raupenmöglichst gerade (nicht wellig) auf demBoden aufliegen.

Druckspannungsberechnungist eine Annäherung

Erst ab einer Tiefe von zirka 15 cm ist dieDruckspannungsberechnung im her-kömmlichen Ackerbau wirklich relevant.Einerseits entstehen beim Befahren oftFahrspuren, die in der Anwendung nichtwiedergegeben werden und andererseitsist die Druckverteilung an der Bodeno-berfläche wegen des stark ausgeprägtenReifen-/Raupenprofils sehr heterogen.Für eine möglichst reproduzierbare Erfas-sung der maximalen Druckspannung inder Rad- oder Raupenachse wurde davonausgegangen, dass sich die Druckspan-nungen mit zunehmendem Weichen des Bodens in Richtung Radmitte kon-zentrieren. Darin liegt auch der Grund,weshalb in den Druckzwiebeldiagram-men bei halbfestem und weichem Bo-den keine Isobarelinien an den beiden

Abb. 14: Reifendaten-Tabelle. Ausschnitte aus Antriebsreifen für Landwirtschaft. a) Standardangaben, b) zulässige Radlasten undReifeninnendrücke.

a)

b)

Abb. 15: Beispiele für die Berechnung der Tragfähigkeit je nach Reifeninnendruck undFahrgeschwindigkeit (nach ETRTO Normen). So weist der Antriebsreifen 20.8R42 (3. Linie), bei 1 bar und 30 km/h eine maximale zulässige Belastung von 3290 kg auf(Abb. 14b). Bei 40 km/h liegt diese Last nur noch bei 3075 kg. Folglich kann mit aus-reichender Sicherheit mit 40 km/h gefahren werden. Bei einer zusätzlichen Belastungvon beispielsweise 1,8 t auf der Hinterachse (angebauter 6-Schar Wendepflug), wären40 km/h hingegen nicht mehr zulässig.



Nachprüung der Anwendung aufgrund von Versuchen

Rändern des Rades oder der Raupen entstehen, obwohl bestimmte, nicht vernachlässigte Spannungen hier nocheinwirken können. Auch wenn dasDruckzwiebelmodell von Boussinesq auf-grund von Feldmesswerten aus hetero-genen Ackerböden angepasst wurde,bleibt diese zweidimensionale Darstel-lung auch eine Annäherung an die wirk-liche Situation, vor allem in den obersten15 cm.

Bei Schadverdichtungs-gefahr ist HandlungsbedarfangezeigtEin Hinweis auf Schadverdichtungsge-fahr ist gleichzusetzen mit einem mässi-gen bis hohen Risiko, dass sich der Boden in der kritischen maximalenAuflockerungstiefe im Sinne einer lang-fristigen Erhaltung der Bodenfruchtbar-keit zu stark verdichtet. Ein Handlungs-bedarf zum Beispiel in Form einer

Reduzierung der Belastung ist damitangezeigt. Eine Aussage über Struktur-veränderungen im Boden als Folge einerbestimmten Belastung lässt sich jedochnicht formulieren. Hierfür wären Boden-untersuchungen mindestens vor demBefahren und zwar an mehreren Stellenerforderlich, da der Boden als stark hete-rogenes Gebilde von Punkt zum Punktsehr unterschiedlich beschaffen seinkann.

Bei der Nachkontrolle (nach dem Befah-ren) ist generell darauf zu achten, dasseine maximale Spurtiefe von 6-7 cmnicht überschritten wird.

Nachprüfung der Anwendung aufgrund von Versuchen

Der Boden gilt als schadverdichtet, wenndie effektive Lagerungsdichte den Richt-wert von 1,7 g/cm3 überschreitet bzw.wenn die Druckspannung bei der maxi-malen Auflockerungstiefe den Stabilitäts-punkt überschritten hat.

Drei Fälle werden unterschieden: – Keine Gefährdung: Keine Gefahr

liegt vor, wenn die berechnete Druck-spannung in der entsprechenden Tiefeder Bodenbeprobungen (abhängigvon der Bodenart) gleich oder kleinerals der Stabilitätspunkt ist. Eine Über-

Effektive Oberboden Unterboden BodenLagerungsdichte 10-15 cm 35-40 cm 55-60 cm gesamt gesamtRichtwerte in g/cm3 1,7 1,6** 1,7 1,7 1,6**

Fall A: Boden nicht schadverdichtet vor und nach oder nur nach dem Befahren

Anzahl Situationen 15 6 22 20 42 57 48 Übereinstimmung in % 7 17 73 100 86 65 77

Fall B: Boden schadverdichtet nach dem Befahren

Anzahl Situationen 9 11 0 0 0 9 11 Übereinstimmung in % 100 100 – – – 100 100

Fall C: Boden vorverdichtet (für die Validierung ungültig)

Anzahl Situationen 0 7 4 2 6 6 13 Übereinstimmung in % – 100 100 100 100 100 100 Gesamt gültigAnzahl Situationen 24 17 22 20 42 66 59 Übereinstimmung in % 42 71 73 100 86 70 81 * In 90% der Situationen, Wasserspannung < 63 hPa, Grobporen (Ø ≥ 50 µm) zumTeil entleert

** Richtwert Oberboden 1,6 g/cm3 (nach 0,1 g/cm3 Abzug gemäss Petelkau, 1991)

Tab. 2: Validierung der Anwendung mit Feldmessungen unter feuchten bis nassenUnterbodenverhältnissen* - Der Boden kann bis in 13 Fällen als vorverdichtet bezeich-net werden (Fall C).

Anwendungsbereich

TASC ist vor allem auf praxisbezogene Empfehlungen und Richtlinien für denMaschineneinsatz ausgerichtet. Im Vordergrund steht die Verhinderung vonSchadverdichtungen im Unterboden. Im Einzelfall kann der Zustand des Bodenslokal nicht wiedergegeben werden. Die Anwendung berücksichtigt:• Kohäsive eher bindige Ackerböden mit einem geprägten Bearbeitungshorizont

(Pfügen, Grubbern) zwischen 20-25 cm.• Feuchte bis nasse Unterbodenverhältnissen mit einem geringeren Steinanteil.• Eine Felddurchfahrt mit bis zu drei Reifenüberfahrten (drei Achsen).• Fahrgeschwindigkeiten zwischen 3 und 8 km/h.• Bereifungen mit geprägten Stollen (Farmer, Tractionsprofil). Der Reifeninnnen-

druck zur Erfassung der Druckausbreitung wird nur für Reifendurchmesser über 130 cm berücksichtigt.

• Der Druckspannungsverlauf wird ab einer Tiefe von ca. 15 cm realistisch wie-dergegeben (bei geringeren Tiefen in der Praxis heterogen).

Einschränkungen

Für die folgenden Situationen/Aspekte wurde TASC bisher noch nicht oder nurunzureichend ausgerichtet bzw. evaluiert: • Nicht kohäsive Böden wie Sandböden oder organische Böden sowie

Naturwiese und Waldböden. • Trockene bindige Unterböden. Die Schadverdichtungsgefahr nimmt hier stark

ab. • Böden mit hohem Steinanteil. Hier kann davon ausgegangen werden, dass die

Tragfähigkeit höher ist. • Vorgewendeflächen: Durch die Vielfachbefahrungen mit hohen Lasten wird

der Boden beim Wenden übermässig stark beansprucht, Schadverdichtungen können die Folge sein.

• Radlastveränderungen am Fahrzeug während dem praktischen Einsatz (Zug-und Drehmomente oder Schwerpunktverlagerungen) müssen bei der Dateneingabe abgeschätzt bzw. berücksichtigt werden.

• Bereifungen mit flachen Stollen für Transport (Implementreifen, Ackerwagen, Flotation Profile, Durchmesser kleiner 130 cm). Der Reifeninnnendruck zur Erfassung der Druckausbreitung wird bisher nicht berücksichtigt.

• Bestehende Schadverdichtungen können mit TASC nicht erkannt werden.

Kästchen 3




einstimmung zwischen der TASC-Information und der Feldmessung trifftdann zu, wenn die effektive Lage-rungsdichte nach dem Befahren nichtüber dem Richtwert (1,7 g/cm3 ) lag,sofern vor und nach oder nur nachdem Befahren der Boden nicht schonvorverdichtet ist (Fall A, Tab. 2).

– Gefährdung: Schadverdichtungsge-fahr liegt vor, wenn die berechneteDruckspannung in der entsprechen-den Tiefe der Bodenbeprobungen denStabilitätspunkt überschritten hat. EineÜbereinstimmung zwischen der TASC-Information und der Feldmessung gibtes dann, wenn die effektive Lage-rungsdichte erst nach dem Befahrenüber dem Richtwert (1,7 g/cm3 ) liegt(Fall B, Tab. 2).

– Boden schon gefährdet: Liegt dieeffektive Lagerungsdichte schon vordem Befahren über dem Richtwert,sind keine Aussagen über die Überein-stimmung der Anwendung mehr mög-lich (Fall C, Tab. 2). Der Boden ist kon-solidiert. Sowohl bei tiefer als auchhoher Belastung wird sich die Strukturkurzfristig nicht mehr verändern kön-nen.

Die Anwendung konnte in insgesamt 66von 72 Situationen (bei sechs Situationenwar der Boden vorkonsolidiert) an zwölffeuchten bis nassen Standorten anhandvon unabhängigen Bodenuntersuchun-gen geprüft werden. Dabei wurde dieZutrefflichkeit der TASC-Ergebnisse über-prüft (Tab. 2).

Die Übereinstimmung zwischen derTASC-Aussage und den Messwerten liegtim Oberboden bei 42%, im Unterbo-den (Schadverdichtungsgefährdung amhöchsten) bei 73% zwischen 35 und 40cm, bei 55 bis 60 cm Bodentiefe erreichtdie Übereinstimmung sogar 100%. Wür-de der Richtwert der effektiven Lage-rungsdichte gemäss Petelkau (1991) fürden Oberboden um 0,1 g/cm3 tiefer alsfür den Unterboden liegen (Richtwert fürden Oberboden 1,6 anstatt 1,7 g/cm3), soläge die Übereinstimmung auch im Ober-boden über 70%. Der Unterboden warzum Teil vorverdichtet, Strukturverände-rungen mit Werten über 1.65 g/cm3 zwi-schen 30 und 40 cm kamen vor. In 90%der Situationen lag die Wasserspannungim Unterboden deutlich tiefer als 63 hPa(pF1,8) in einem sehr feuchten bis nassenBereich. Aufgrund der kritischen Boden-feuchteverhältnisse zur Zeit der Feldmes-sungen liegt das Ergebnis von TASC auf der sicheren Seite.

Schlussfolgerungen

Die grundlegende Frage, ob eine Beur-teilung der zulässigen Bodengefährdungdurch Maschinenlast im praktischen Ein-zelfall möglich ist, war bisher weitgehendoffen. Die nun vorliegende Anwendung– basierend auf mehrjährigen Feldversu-chen und Datenauswertungen aus demIn- und Ausland – zeigt, dass nützlicheAnsätze hierfür vorerst für kohäsive Bö-den im Ackerbau vorliegen. Dabei spieltder seit kurzem von der BodenkundlichenGesellschaft der Schweiz (BGS) verab-schiedete Richtwert betreffend der effek-tiven Lagerungsdichte eine zentrale Rol-le. Die Überprüfung der Aussage für denUnterboden ergab eine Zutrefflichkeitüber 85%. Auch lassen sich die wichtig-sten Zusammenhänge zwischen Fahr-werk und Boden für eine bestimmte Situation praktisch aufzeigen. Im Hinblickauf das Vorsorgeprinzip beim Boden-schutz kann TASC in der Praxis einenbeträchtlichen Beitrag leisten. Während der vergangenen Jahre hatauch die Mechanisierung im Futterbauüberaus starke Entwicklungsschübe hin-sichtlich Leistungssteigerung erfahren.Nicht selten stehen nun auch hier Trakto-ren bis 150 kW, Erntemaschinen undFahrzeuge für die Hofdüngerausbrin-gung mit Radlasten von 5 bis 6 t im Ein-satz. Die Zeiten der «leichten Futterbau-maschinen» sind in neu ausgerichtetenBetrieben vorbei. Da der Boden bei Wies-land in der Regel nicht aufgelockert wird,kommt hier der Bodenbeanspruchungeine besondere Bedeutung zu. Die Wei-terentwicklung von TASC wird dahernebst der Fokussierung auf die nicht bin-digen Böden im Ackerbau und Imple-mentreifen folglich auch auf Wiesen aus-gedehnt.



Schlussfolgerungen / Literatur / Fachbegriffe

Fachbegriffe

Boden

Sand (S, s=sandig): Grobe Bodenfraktion (Ø zwischen 50 und 2x103 µm). Knirscht zwischen den Zähnen, Sandkörner sichtbar.Schluff (U, u=schluffig): Feine Bodenfraktion (Ø zwischen 2 und 50 µm), wirkt seifig im feuchten Zustand und mehlig imtrockenen Zustand.Ton (T, t=tonig): Feinste Bodenfraktion (Ø < 2 µm), wirkt klebrig im feuchten Zustand.Lehm (L, l=lehmig): Boden mit 20 bis 30% Ton- und weniger als 50% Schluffanteil.Leichter Boden (S, lS): Sandkörner sicht- und fühlbar, nicht oder schwach bindig, kaum formbar, rissig, brüchig. Mittelschwerer Boden (L, lU, sL, U): Wenig Sandkörner sicht- und fühlbar, knirscht zwischen den Zähnen, formbar, rissig,ausrollbar, bleistiftdick (Ø 2-7mm).Schwerer Boden (T, lT, tL, tU): Kaum Sandkörner sicht- und fühlbar, knirscht kaum zwischen den Zähnen, gut formbar, glän-zende Reibfläche, nageldick rollbar (Ø < 2mm). Bodenkörnung: Einteilung des Bodens nach den Korngrössen (siehe Korngrösse für Ton, Schluff, Sand).Bodentextur: Einteilung des Bodens nach den Kornfraktionen (Ton, Schluff, Sand).Skelett: Grobe Bodenfraktion (Ø ab 2 mm).Feldkapazität: Bodenfeuchtezustand ohne Gravitationswasser. Je höher das Wassergehalt bei der Feldkapazität liegt, destomehr Wasser für die Pflanzen zur Verfügung stehen ohne Mangel an Sauerstoff.Lagerungsdichte [g/cm3] (auch trockene Lagerungsdichte): Masse der Festsubstanz des Bodens pro Volumeneinheit.Effektive Lagerungsdichte [g/cm3]: Korrigiertes Mass für die Lagerungsdichte nach Berücksichtigung des Tongehalts.Wasserspannung [hPa]: Sämtliche Kräfte pro Flächeneinheit, die das Wasser im Boden gegen die Schwerkraft wirken (Adsorp-tions-, Kapillarkräfte). 1 hPa = 100 Pa = 100 N/m2 = 10–3 barpF Wert: Negativer Logarithmus der Wasserspannung. Mass für den Trocknungsgrad des Bodens (zum Beispiel: pF1,8 = 63 hPa,Boden feucht, Grobporen Ø > 50 µm entwässert; pF 2,5 = 316 hPa, Boden trocken, Mittel- und Grobporen Ø > 10 µm ent-wässert).Moor: Hydromorphe Böden (mit Wasser geprägt) mit einem über 30 cm-Torfhorizont. Anmoor: Humusform mit zeitweise «erdigem Gefüge», und bei Sättigung mit einem «schlammigem Gefüge»Gley: Boden mit geprägter Horizontfolge durch das Grundwasser. Torf: Teil zersetztes organischen Material wegen hohem und häufigem Sättigungsgrad des Bodens.Mittlerer Kontaktdruck [bar]: Berechneter Wert aus dem Quotient Radlast durch die Berührungsfläche des Reifens mit demBoden.Bodenstabilität: Mechanische Eigenschaft für die Anfälligkeit eines Bodens, sich definitiv als Folge einer Belastung zu verfor-men.Bodenwiderstand: (Siehe Bodenstabilität)Vorbelastung: (Siehe Bodenstabilität)Kohäsive Böden: Böden mit mässigen bis hohen Scherwiderstand, gilt für mittelschwere bis schwere bindige Böden. Druckspannung [bar]: Aktive Kraft in einer bestimmten Bodentiefe pro Flächeeinheit, die durch das Bodenwasser und dieKornaggregate übertragen werden.Druckzwiebel: Zweidimensionale grafische Darstellung der Druckausbreitung (in die Tiefe und senkrecht zur Fahrrichtung undzur Bodentiefe) mit Isobarelinien (Linien mit konstantem Druck). Algorithmen: Gesamtheit der Operationen (Gleichung), die zu einer bestimmten Lösung führt (Ermittlung der Kontaktfläche,der Druckausbreitung im Boden).

Bereifung

Normalquerschnitt: Bereifungshöhe/Bereifungsbreite > = 0,8Niederquerschnitt: Bereifungshöhe/Bereifungsbreite zwischen 0,6 und 0,8Terrareifen: Bereifungshöhe/Bereifungsbreit < = 0,6Lastindex (LI): Der Lastindex (LI) ist eine internationale Angabe für die maximale tragbare Last bei einer durch die Reifenher-steller gegebenen Geschwindigkeit, bezeichnet als Geschwindigkeitsindex.Geschwindigkeitsindex (SI): Der Geschwindigkeitsindex (SI) ist eine internationale Angabe der maximalen Geschwindigkeit,für die bei einem bestimmten Last (LI) ein Reifen ausgelegt ist.

Kästchen 4




Literatur

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Die FAT-Berichte erscheinen in zirka 20 Nummern pro Jahr. – Jahresabonnement Fr. 50.–. Bestellung von Abonnements undEinzelnummern: FAT, CH-8356 Tänikon. Tel. 052 368 31 31, Fax 052 365 11 90.E-Mail: [email protected] – Internet: http://www.fat.ch – Die FAT-Berichte sind auch in französischer Sprache als «Rapports FAT»erhältlich. – ISSN 1018-502X.

ZH Merk Konrad, Strickhof, 8315 Lindau, Telefon 052 354 98 11Blum Walter, Strickhof, 8315 Lindau, Telefon 052 354 98 11

BE Jutzeler Martin, Inforama Berner Oberland,3702 Hondrich, Telefon 033 654 95 45Marti Fritz, Inforama Rütti und Waldhof,3052 Zollikofen, Telefon 031 910 52 10Hofmann Hans Ueli, Inforama Schwand,3110 Münsingen, Telefon 031 720 11 21

LU Moser Anton, LBBZ Schüpfheim,6170 Schüpfheim, Telefon 041 485 88 00Hodel René, LMS, 6276 Hohenrain, Telefon 041 914 30 05Widmer Norbert, LMS,6276 Hohenrain, Telefon 041 914 30 77

UR Landw. Beratungsdienst, Aprostr. 44,6462 Seedorf, Telefon 041 871 05 66

SZ Landolt Hugo, Landw. Schule Pfäffikon,8808 Pfäffikon, Telefon 055 415 79 22

OW Müller Erwin, BWZ Obwalden,6074 Giswil, Telefon 041 675 16 16Landwirtschaftsamt, St.Antonistr. 4,6061 Sarnen, Telefon 041 666 63 58

NW Wolf Franz, Landwirtschaftsamt, Kreuzstr. 2, 6371 Stans, Telefon 041 618 40 07

GL Amt für Landwirtschaft, Postgasse 29,8750 Glarus, Telefon 055 646 67 00

ZG Gut Willy, LBBZ Schluechthof,6330 Cham, Telefon 041 784 50 50Furrer Jules, LBBZ Schluechthof,6330 Cham, Telefon 041 784 50 50

FR Kilchherr Hansruedi, Landw. Schule Grangeneuve1725 Posieux, Telefon 026 305 58 50

SO Wyss Stefan, Landw. Bildungszentrum Wallierhof,4533 Riedholz, Telefon 032 627 09 62

BL Ziörjen Fritz, Landw. Zentrum Ebenrain,4450 Sissach, Telefon 061 976 21 21

SH Landw. Beratungszentrum Charlottenfels,8212 Neuhausen, Telefon 052 674 05 20

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AR Vuilleumier Marc, Landwirtschaftsamt AR,9102 Herisau, Telefon 071 353 67 56

SG Lehmann Ueli, LBBZ Rheinhof,9465 Salez, Telefon 081 758 13 19Steiner Gallus, Landw. Schule Flawil,9230 Flawil, Telefon 071 394 53 53

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TG Baumgartner Christof, FachstelleBeratung und Landtechnik, Amriswilerstr. 50,8570 Weinfelden, Telefon 071 622 10 23

TI Müller Antonio, Ufficio consulenza agricola,6501 Bellinzona, Telefon 091 814 35 53

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Wechselwirkung zwischen Fahrwerk und Ackerboden · für die Berechnung der Druckausbrei-tung im...

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