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Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Verdichtungseffektes
von Ruttelwalzen, Ruttelplatten und SQ-denschwingverdichtern wahrend der Verdichtungsarbeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, womit die Verdichtungswirkung von Vibrationswalzen,
-platten und anderen Vibrationsverdichtungsgeräten unmittelbar während der V erdichtungs
arbeit vom Bedienungsmann der Vibrationßmaschine an einem batteriegespeisten Meßgerät
abgelesen werden kann.
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Nach den bekannten Verfahren erfolgt die UberpruSung der Verdichtung
auf der Baustelle nur stichpröbenartig entweder mittels direkter Kontrollen der
erzielten Xrockenrohdichte oder mittels indirekter Prüfmethoden, wobei stets eine
vorhergehende Eichung auf das zu verdichtende Lockergestein erforderlich ist. Als
Maßstab für die erreichte Verdichtung von Lockergesteinen wird international die
durch eine bestimmte Verdichtungsarbeit bei verschiedenen Wassergehalten ermittelte
optimale Trockenrohdichte (Standarddichte) zugrundegelegt. Die in der Praxis verwendeten
Prüfmethoden orientieren daher vornehmlich darauf, 100 % Xrockearohdichte (als Prozentzahl
auf die Standarddichte ausgedrückt) zu erhalten Die Bestimmung der Trockenrohdichte
erfordert in der Praxis zwei Prüfungen 1. die Bestimmung der Feuchtrohdichte 2.
die Bestimmung des Wassergehalts.
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Es gibt eine große Zahl von Prüfmethoden, die für die Bestimmung der
Feuchtrohdichte und des Wassergehalts geeignet ist. Als modernste und schnellste
Prüfmethode ist die Prüfung mittels radiometrischer Einstichsonden zu nennen, wobei
Dichte und Wassergehalt unmittelbar hintereinander gemessen werden können.
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Ueber Bichtabellen kann für den punktförmigen Aufschluß die erreichte
Trockenrohdichte bestimmt werden.
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Die Prüfung dauert mit Auf- und Abbau ca. 10 min.
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Reine Oberflächensonden sind im Erdbau im allgemeinen nicht geeignet,
da sie nur einen sehr geringen Tiefenbereich erfassen, die Oberfläche der mit Rüttelmaschinen
verdichteten Schicht aber stets aufgelockert ist.
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Als indirekte Methoden der Verdichtungsprüfung werden Schlagsonden,
Spitzendrucksonden oder Plattendruckbelastungen angewendet, die ebenfalls nur eine
punktförmige Vberprffung gestatten und meist sehr aufwendig sind. Die seismische
Untersuchungsmethode gestattet bei großem Aufwand relative Dichtebestimmungen.
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Die bisher bekannten Verdichtungsprüfmethoden im Erdbau haben den
Nachteil, daß sie nur stichprobenartige Kontrollen gestatten. Sie erfordern speziell
ausgebildetes Personal. Prüfmethoden, die eine direkte oder indirekte Uberprufung
des Verdichtungsgrades während der Verdichtungsarbeiten ermöglichen, sind aus der
Literatur nicht bekannt0 Der moderne Erdbau mit seinen großen Förder- und Einbauleistungen
erfordert einen großen Aufwand an Personal und Meßgeräten für die Verdichtungsüberpräfungen.
Zur Zeit sind diese Überprüfungen nur stichprobeMrtige Kontrollen, mit denen eine
unzureichende Verdichtung nur nachgewiesen aber nicht in jedem Falle verhindert
werden kann. Der Prüfort ist häufig schon durch weitere Schüttungen verdeckt. Trotz
des großen Prüfaufwandes bleibt der Nutzen einer nachträglichen Kontrolle relativ
gering.
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Bei vielen Verdichtungsmaschinen läßt sich die Erregerfrequens verstellen.
Ein Optimum in der Verdichtungswirkung und damit eine Reduzierung der Zahl der Verdichtungßübergänge
läßt sich erreichen, wenn die Erregerfrequenz auf die Jeweilige Erdart abgestimmt
ist. Die Einstellung der Frequenz obliegt häufig dem Bedienungsann, der 2. Z.
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keine Möglichkeit hat, die Wirkung der Frequenzverstellung zu kontrollieren.
Aus Unkenntnis wird die Frequenz meist gedrosselt (um die Maschine zu scllonen),
wobei die Verdichtungsvirknng auf weniger als 50 % absinken kann. Ähnliche Fehler
werden bei zu hoher Arbeitsgeschwindigkeit begangen, ohne daß der Bedienungsmann
die Auswirkungen kennt. Die Folgen sind nicht nur ungenügend verdichtete Flächen,
sondern auch große Streuungen im Verdichtunsgsgrad.
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Das wirkt sich besonders im Verkehrsbau schädlich auf den Verkehr
und die Lebensdauer der Verkehrswege aus.
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Mit der Erfindung sollen die vorgenannten Mangel bei der Verdichtung
mit Vibrati onsverdichtungsmas chinen weitgehend beseitigt werden.
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Der Erf1adungr liegt die Aufgabe zugrunde, dem Bedienungsmann einer
Vibrationsverdichtungsmaschine die Möglichkeit zu geben, in einfacher Weise, wahrend
der Verdichtung und ohne Unterbrechung derselben, die Wirkungsweise mit jedem Übergang
zu kontrollieren, um eine Unterverdichtung aber auch eine unökonomische Überverdichtung
zu vermeiden. Es soll ferner bei Vibrationsmaschinen mit verstellbarer Frequenz
die optimale Frequenz durch Vergleich der Wirkungsweise bestimmt werden können.
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Dazu ist ein physikalischer Vorgang zu finden, dessen Verändernng
direkt abhängig ist von der Dichteänderung des verdichteten Erdstoffes. Dazu wird
das Verhalten der vom Verdichtungsgerät erzeugten elastischen Wellen im Verdichtungsguts
deren Schwingungsparameter von der Dichteänderung unmittelbar verändert werden,
benutzt.
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Erfindungsgernaß geschieht das dadurch, daß die Schwingungsbewegung
des Verdichtungsgerätes auf dem Verdichtungsgut gemessen wird und die Veränderung
der Amplitude
der wirksamen Frequenz ggf. unter Verwendung eines
Filters als Maß für den Zustand der Verdichtung benutzt wird.
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Es kann auch die vom Verdichtungsgerät im Boden erzeugte Welle in
bestimmter Entfernung vom Gerät gemessen werden. Die Absorption der Wellenenergie
im Boden ist abhängig vom Verdichtungsgrad. Damit ist die Messung der Schwingungsamplitude
an einer vom Verdichtungsgerät immer gleich weit entfernten Stelle ebenfalls ein
Maß für die erreichte Verdichtung.
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Auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der vom Verdichtungsgerät erzeugten
Wellen im Boden kann als Maß für den Grad der Verdichtung benutzt werden. Die Messung
dieses Parameters kann durch Erfassung der Phasenlage der am Gerät erzeugten Schwingungen
und der Phasenlage der Schwingung in einer immer gleichen Entfernung vom Gerät geschehen.
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Auch die Wirkung der Absorption der Schwingungsenergie und die Veränderung
der Ausbreitungsgeschwindigkeit können durch Messung vor und hinter dem laufenden
Verdichtungsgerät erfaßt werden. Durch Bildung des Quotienten oder der Differenz
der gemessenen Werte im unverdichteten und verdichteten Boden kann die Verdichtungswirkung
unmittelbar eingeschätzt werden. Es ist kein Verdichtungseffekt mehr zu erzielen,
wenn entweder die Differenz sich Null nähert oder der Quotient nach eins geht.
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Es kann mit Hilfe der o. g. Verfahren auch die optimale Frequenz der
Verdichtungamaschine gefunden werden.
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Die Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens besteht aus einer
Meßvorrichtung a) für Amplitudezimessung b) für Differenz- oder Quotientenseasung
c) für Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit mittels Phas anvergl eich Bei der
Messung der Bewegung des Verdiohtungegerätes ist der Schwingungsaufnebmer auf deu
V Verdichtungsgerät befestigt,
während die übrigen elektronischen
Bausteine in einer Tasche beim Bedienungsmann untergebracht sind.
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Bei der Messung der Absorption der Wellen ist ein Schwingungsaufnehmer
auf einer Schleppe befestigt, die in immer gleichem Abstand hinter dem Verdichtungsgerät
hergezogen wird. Die restlichen elektronischen Bausteine befinden sich in der Tragetasche
beim Bedienungsmaan.
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Bei der Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit ist die Phasenmarkierung
am Verdichtungsgerät und der Schwingungsaufrehmer auf der Schleppe befestigt. Die
restlichen elektronischen Bausteine werden in der Tragetasche beim Bedienungsmann
untergebracht.
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Wenn eine Differenz- oder Quotientenmessung durchgeführt wird, wird
mit einer Schleppe vor dem Verdichtungsgerät und einer Schleppe hinter dem Verdichtungsgerät
mit je einem Schwingungsaufnehmer gearbeitet.
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Mit der Erfindung wird erreicht, daß das Verdichtungsgerät solange
vom Geräteführer über das zu verdichtende Material gefuhrt wird, bis der mit dem
Gerät mögliche Verdichtungsgrad erreicht ist. Andererseits drd vermieden, daß das
Verdichtungsgerät mehr als nötig über die zu verdichtende Fläche geführt wird, wenn
kein Verdichtungseffekt erreicht werden kann. Mit der Erfindung läßt sich eine wesentliche
ualitätsverbesserung der Herstellung gleichmaßig verdichteter Erdbauwerke erreichen
und der bisher erforderliche Aufwand an Prüfkapazität auf einzelne Stichproben reduzieren.
Kontrollen lassen sich unmittelbar während der Verdichtung durch den Bedienungsmann
mit Hilfe des Prüfgerät es ausführen.
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Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden: In der Zeichnung zeigt Figur 1'die Anwendung der Amplitudenmessung
an einer Rütt elpl att e Figur 2' die Anwendung der Absorptionsmessung an einer
RLittelwalz e
Nach Figur 1' wird an der Bodenplatte 5 der Ruttelplatte
1 der Schwingungsaufnehmer 2 befestigt und durch das Verbindungskabel 6 mit der
Meßvorrichtung 3 beim Bedienungsmann 4 verbunden.
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Während der Verdichtungsarbeit beobachtet der Bedienungsmann 4 die
Meßvorr htung 3. Zeigt das Meßgerät bei einem erneuten uebergang des Verdichtungagerätes
über das Verdichtungsgut keine Vergrößerung der Amplitude mehr an, dann kann die
Verdichtungsarbeit eingestellt werden.
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Es ist dann mit diesem Verdichtungsgerät keine größere Verdichtungswirkung
mehr zu erzielen.
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In Figur 2' wird von einem Raupenschlepper 1 eine Rüttelwalze 2 gezogen.
An die Rüttelwalze wird mittels eines Verbindungselementes 7 eine Schleppe 6 angehängt,
so daß der Abstand Rüttelwalze - Schleppe gewährleistet ist, aber keine Schwingungen
übertragen werden.
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Auf der Schleppe 6 ist der Schwingungsaufnehmer 3 befestigt und über
das Kabel 5 mit der Meßvorrichtung 4 im Bahrerhaus des Schleppers 1 verbunden. Die
Rüttelwalze wird solange über das Verdichtungsgut geführt, bis am Anzeigegerät keine
Vergrößerung der Amplitude (entspricht der geringsten Absorption der Wellenenergie)
mehr angezeigt wird. Es ist dann mit dieses Gerät keine weitere Verdichtung mehr
zu erzielen und die Verdichtungsarbeit mit dem Gerät kann in diesem Bereich eingestellt
werden.