Messwerte der Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK) im theoretischen und experimentellen Vergleich

Abstract

Die stetig verbesserten Verdichtungstechniken im Erd- bzw. Grundbau, die steigenden Einbauleistungen und die daraus resultierenden kürzeren Bauzeiten, erfordern zwangsläufig auch den Einsatz von adäquaten Prüftechniken des erzielten Verdichtungserfolges. Konventionelle, punktuelle Prüfmethoden entsprechen dabei, vor allem bei Großbaustellen, schon lange nicht mehr dem Stand der Technik. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Flächendeckende Dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK) mit Vibrationswalzen. Dabei handelt es sich um eine arbeitsintegrierte Verdichtungsmesskontrolle mit dynamisch erregten Walzen, die es ermöglicht, den Erfolg der Verdichtung unmittelbar, kontinuierlich und flächendeckend zu messen und zudem manipulationssicher dokumentieren zu können. Bewerkstelligt wird dies, indem noch während des Verdichtungsvorganges, aus der Analyse des Schwingungsverhaltens der Bandage, ein Messwert errechnet wird, der Rückschlüsse auf den erreichten Bodenverdichtungszustand zulässt. Diese relativ moderne Möglichkeit der Verdichtungskontrolle ist durch die Gesamtheit all der, aus ihr resultierenden Vorteilen im Stande, die Qualität bzw. die Homogenität und Langlebigkeit von Erdbauwerken bedeutend zu steigern. Nach einer kurzen Einführung in die Thematik folgt in Kapitel 2 eine theoretische Beschreibung der Grundlagen der Oberflächenverdichtung. Zuerst werden die Ziele und Methoden der Bodenverdichtung, sowie die wesentlichen Einflussgrößen auf die Verdichtbarkeit von Böden erarbeitet und erläutert. Anschließend wird im Speziellen auf die Oberflächenverdichtung durch Walzen, mit Hauptaugenmerk auf Vibrationswalzen eingegangen. Die unterschiedlichen Walzentypen im Hinblick auf Prinzip, Aufbau und Wirkungsweise werden näher betrachtet. Den Abschluss des Kapitels 2 bilden punktuelle Methoden der Verdichtungskontrolle, die schlussendlich auch den nahtlosen Übergang zu Kapitel 3, welches ausschließlich der FDVK gewidmet ist, darstellen. In Kapitel 3 werden eingangs Funktionsprinzip, Wirkungsweise, Vor- und Nachteile, sowie Komponenten von FDVK-Systemen behandelt, um danach die führenden auf dem Markt befindlichen Messsysteme (Compactometer, Terrameter, ACE) in den Mittelpunkt zu stellen. Es werden Aufbau, Messprinzip und die jeweiligen Formeln zur Messwertgewinnung angegeben. Des Weiteren wird auf die Kalibrierung von FDVK-Messwerten eingegangen und Einflussgrößen auf FDVK-Messwerte werden besprochen. Nachdem in Kapitel 4 Versuchsdurchführung und -aufbau der getätigten experimentellen Feldversuche beschrieben werden, werden im fünften Kapitel die, aus den Walzenüberfahrten gewonnen, Messdaten und Signale, welche das Bewegungsverhalten der Walze beschreiben, ausgewertet, analysiert, graphisch aufbereitet, und dargestellt, mit dem Ziel die verschiedenen dynamischen FDVK-Messwerte zu ermitteln, zu diskutieren und vergleichend gegenüberzustellen. Das sechste und letzte Kapitel soll eine kurze Zusammenfassung der gewonnenen Erkenntnisse, sowie einen Status-quo Bericht inklusive Ausblick auf mögliche weitere Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet liefern.

Steadily improved compaction techniques in earthworks and ground engineering over the course of time, require the use of adequate test equipment to assess the achieved compaction success. For this purpose, conventional and spot like compaction testing methods, especially at large construction sites, are outdated and don't represent the state of the art anymore. In this master thesis "Continuous Compaction Control" (CCC) is considered in connection with rollers equipped with vibratory exciters. CCC is, as the name suggests, a roller integrated compaction measurement method with dynamically excited rollers, that allows to measure the success of compaction immediately, continuously and to document the results already during the compaction process. This is accomplished by analyzing the motion behavior of the vibratory excited roller drum. Therefore dynamic compaction values, which indicate soil stiffness properties, are calculated from consequently measured drum accelerations. Generally spoken, CCC is based on the measurement of the dynamic interaction between soil and roller. This novel approach of work-integrated compaction control is, due to his numerous advantages (totality of all the benefits arising from them), able to significantly increase the quality, uniformity and durability of earthworks. After a short introduction into the topic, Chapter 2 describes the theoretical basics of surface near compaction. At first targets, respectively methods of soil compaction, and their essential influencing factors on the compactability of soils, are explained. Methods of surface compaction, with the main focus on vibrating rollers, and the different types of roller with regard to principle, structure and modes of operation are described. Specific methods of compaction tests form the conclusion of the chapter and represent the seamless transition to chapter 3, which is exclusively dedicated to CCC. At the beginning of Chapter 3, principle of operation, effectiveness, advantages and disadvantages, as well as components of CCC systems are presented, to subsequently introduce the leading systems on the market (Compactometer, Terrameter, ACE). Their structure, measurement principle as well as respective formulas for determining the individual measure values are presented. Furthermore, the calibration of CCC measurement values and parameters influencing them are discussed. Chapter 4 describes the procedure, setup and structure of done experimental large scale in situ tests and therefore introduces to the following section 5, which deals with the evaluation of the data and signals, measured and memorized during the roller test passes. These recordings, describing the kinematic roller behavior, are evaluated, determined and graphically shown, with the overall goal to analyze, discuss, interpret and compare the different resulting CCC values. The sixth and final chapter contains a brief summary of the obtained findings, as well as a status - quo report, that includes and provides views on possible further research activities in this field.