Bodenverdichtung: Grundlagen, Prüfmethoden und Geräte

Grundlagen der Bodenverdichtung

Verdichtung reduziert das Porenvolumen einer Bodenmasse, indem sie feste Partikel in engeren Kontakt miteinander zwingt.

Einflussfaktoren auf die Bodenverdichtung

• Wassergehalt (Feuchtigkeit)
• Bodenart
• Form und Größe der aufgebrachten Energie
• Verdichtungsgeräte
• Schichtdicke

Optimale Feuchtigkeit

Die optimale Feuchtigkeit ist der Feuchtigkeitsgehalt, bei dem der Boden seine maximale Dichte erreicht. Dies ist ein charakteristischer Wert für jeden Boden und ist in der Regel höher, je feiner die Bodenpartikel sind.

Eigenschaften der Bodenart

Die Bodenart wird durch folgende Eigenschaften bestimmt: Dichte, Kornform, Struktur und Plastizität.

Sättigung und Verdichtung

Die Sättigung ist die theoretische Obergrenze der Verdichtung für einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt.

Vorteile der Bodenverdichtung

Die Bodenverdichtung bietet mehrere Vorteile:

• Sie erhöht die Tragfähigkeit des Bodens.
• Sie minimiert oder vermeidet Setzungen des Bodens.
• Sie verringert die Durchlässigkeit des Bodens.
• Sie verbessert die mechanischen Eigenschaften des Bodens.

Prüfmethoden zur Dichtebestimmung

Bestimmung der maximalen Bodendichte

Zur Bestimmung der maximalen Bodendichte im Labor wird in der Abteilung für Straßenbau die modifizierte Proctor-Versuchsmethode D angewendet.

Der modifizierte Proctor-Versuch

Dabei wird eine Bodenprobe schichtweise in eine zylindrische Form eingebracht und mit einem Fallgewicht (Proctor-Rammer) mit einer bestimmten Anzahl von Schlägen pro Schicht verdichtet. Aus den gewonnenen Daten wird eine Dichte-Feuchte-Kurve erstellt, anhand derer die maximale Trockendichte (DMC) und die optimale Feuchtigkeit des Materials bestimmt werden.

Parameter des modifizierten Proctor-Versuchs

• Anzahl der Bestimmungen: 5
• Fallgewicht: 4,5 kg
• Fallhöhe: 460 mm
• Verwendetes Material: Korngröße unter 20 mm
• Durchmesser der Form: 150 mm
• Anzahl der Schichten: 5
• Schläge pro Schicht: 56
• Verdichtungsenergie: 2,67 Joule/cm³

Anwendung des Proctor-Versuchs

Für Böden, die weniger als 12 % Partikel unter 0,08 mm Sieb enthalten, wird zur Dichtebestimmung der Probe der modifizierte Proctor-Versuch bevorzugt.

Relative Dichte (Vibrationsverdichtung)

Diese Methode dient zur Bestimmung der minimalen und maximalen Dichte von trockenen, kohäsionslosen Böden mit Korngrößen bis zu 80 mm.

Verdichtungsarten und -geräte im Bauwesen

Im Bauwesen wird Boden mit einer bestimmten Verdichtungsenergie durch Druck, Stoß oder Vibration verdichtet.

Verdichtung durch Druck

Beispiele für Druckwalzen sind: Glattmantelwalzen, Gummiradwalzen und Schaffußwalzen.

Verdichtung durch Stoß

Die Geräte für die Stoßverdichtung sind oft pneumatisch betrieben und wiegen in der Regel weniger als 300 kg. Die größte Dichtezunahme wird innerhalb der ersten 5 Überfahrten erzielt. In körnigen (nichtbindigen) Böden können Schichten von 30 cm Dicke leicht verdichtet werden. Bei feinkörnigen Böden sollten die Schichtdicken 20 cm nicht überschreiten, wobei der Feuchtigkeitsgehalt leicht unter dem Optimum liegen sollte.

Verdichtung durch Vibration

Wichtige Parameter für die Vibrationsverdichtung sind Frequenz, Amplitude, statisches Gewicht, dynamische Kraft und Schlagenergie. Beispiele für Vibrationsgeräte sind: Vibrationsstampfer, Vibrationsplatten und Vibrationswalzen.

Empfohlene Geräte für verschiedene Anwendungen

• Für Bereiche mit Zugangsbeschränkungen oder geringer Größe: Rüttelplatten
• Für große Flächen (z.B. Straßenbau): Vibrationswalzen
• Für die Verdichtung bestimmter Böden: Vibrationsstampfer
• Für Aushubarbeiten: Einrad-Vibrationswalzen (Grabenwalzen), sofern die Breite dies zulässt. Bei schmalen Gräben werden Vibrationsstampfer der passenden Dimensionen eingesetzt.

Baugrunduntersuchungen

Baugrunduntersuchungen und Stratigraphie

Bei der Planung von Baugrunduntersuchungen sollte die Stratigraphie, d.h. die verschiedenen Lagen oder Schichten, aus denen sich der Boden zusammensetzt, berücksichtigt werden.

Methoden zur Stratigraphie-Erstellung

Die am häufigsten verwendeten Methoden zur Erstellung eines stratigraphischen Profils des Untersuchungsbereichs sind Schürfgruben und Sondierungen. Gelegentlich werden auch seismische Refraktionsprofile eingesetzt.

Arten von Bodenproben

Die zu berücksichtigenden Proben sind von zweierlei Art:

• Gestörte oder veränderte Proben
• Ungestörte Proben

RQD-Versuch (Felsqualität)

Der RQD-Versuch (Rock Quality Designation) dient der Analyse der Eigenschaften von Fels.