Vor 35 Jahren wurden in Deutschland und Schweden von den Firmen BOMAG und Dynapac die ersten walzenintegrierten Messgeräte entwickelt und auf dynamisch arbeitenden Erdbauwalzen mit dem Ziel eingesetzt, den Maschineneinsatz zu optimieren und den Verdichtungszustand qualitativ zu beurteilen. Die Entwicklung wurde durch grundlegende Untersuchungen zum dynamischen Verhalten von Vibrationswalzen und durch die parallel laufenden Innovationsschübe der elektronischen Messtechnik und Datenverarbeitung ermöglicht. Es folgten die Visualisierung der Messdaten auf Dokumentationssystemen und die Anbindung der walzenintegrierten Messtechnik an GPS Positionierungssystemen, um die Walzenposition während des Verdichtungs- und Messvorgangs genau zu erfassen. Der Einsatz der Systeme auf Großbaustellen des Straßen-, Eisenbahn- und Flughafenbaus führte Anfang der 1990er Jahre zum Verfahren der Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK), mit der die Verdichtung bzw. Tragfähigkeit von Böden während des Arbeitsprozesses einer Vibrationswalze flächendeckend beurteilt werden kann. Während mit konventionellen Methoden nur stichprobenartige Überprüfungen im Nachhinein möglich sind, die sich auf sehr kleine Prüfvolumen beziehen, kann bei Anwendung der FDVK die gesamte bearbeitete Fläche bereits während des Verdichtungsprozesses überprüft, die Messwerte dem Walzenfahrer visualisiert und dokumentiert werden. Schwachstellen können sofort erkannt und entsprechende Maßnahmen getroffen sowie Aussagen über die Gleichmäßigkeit der geprüften Fläche angestellt werden. In Deutschland, Österreich, Schweiz und Schweden wurden Regelwerke für die Anwendung der flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle bereits in den 1990er Jahren erarbeitet und seitdem im Straßen-, Eisenbahn-, Flughafenbau sowie im Erdbau angewendet. Inzwischen werden Mess- und Dokumentationssysteme von fast allen Walzenherstellern angeboten. Die Verbreitung der Systeme hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Sie werden auf Baustellen unterschiedlichster Größenordnung eingesetzt. Im Rahmen der europäischen Normung der Erdarbeiten wird das Verfahren der flächendecken dynamischen Verdichtungskontrolle auf europäischer Ebene geregelt und damit ein einheitliches Bezugssystem für die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten geschaffen.

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1 Einleitung

Wesentlicher Bestandteil der Verdichtungstechnologie im Erd- und Verkehrswegebau ist neben der eigentlichen Verdichtung die Kontrolle der erreichten Verdichtungsqualität. Diese kann nach herkömmlichen Prüfmethoden über die Dichte oder die Tragfähigkeit beurteilt werden. Diese Methoden beruhen auf der visuellen Auswahl von lokalen potenziellen Schwachstellen und dem Einsatz von Einzelversuchen, die nur punktuelle, stichprobenartige Qualitätsbeurteilungen zulassen. Zudem ist die Ausführung zeitintensiv und führt zu Baustillstand, wenn erkannte Schwachstellen nachgearbeitet werden müssen. Dies beeinträchtigt den zunehmend bedeutsamer werdenden Baufortschritt und die Wirtschaftlichkeit des Baubetriebes.

Beide vorteilhaften Aspekte einer flächendeckenden und arbeitsintegrierenden Qualitätssicherung haben zur Entwicklung der ,,Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungskontrolle" (FDVK) geführt. Hierzu wurden bereits vor drei Jahrzehnten von einigen Verdichtungsgeräteherstellern dynamisch arbeitende an den Bandagen der Walzen montierte Messsysteme entwickelt, die eine direkte kontinuierliche Verdichtungskontrolle ermöglichen. Nach Jahren der Erfahrung und Erprobung dieser Systeme auf Großprojekten des Straßen-, Eisenbahn- und Flughafenbaus in Verbindung mit wissenschaftlichen Untersuchungen wurde die flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle in den 1990er Jahren in die nationalen Erdbauregelwerke Schwedens, Österreichs, der Schweiz und Deutschland integriert.

2 Funktionsprinzip des BOMAG Terrameters

Die heute von den Walzenherstellern angebotenen Messsysteme beruhen auf der Wechselwirkung zwischen der beschleunigten Walzenbandage und der sich mit der Verdichtung ändernden Steifigkeit des Bodens. Grundlage für alle Messsysteme ist die Messung der Beschleunigung der Bandage während des Verdichtungsvorgangs. Sie unterscheiden sich in Bezug auf die Methode zur Analyse des Schwingverhaltens.

Das BOMAG Messsystem Terrameter (BTM) verwendet zwei senkrecht aufeinander stehende Beschleunigungssensoren. Aus den gemessenen Beschleunigungssignalen des vibrierenden Walzenkörpers wird bei jeder Exzenterumdrehung ein Kraft-Weg Diagramm erstellt (Bild 2), das sich aus dem vertikalen Kräftegleichgewicht und dem vertikalen Schwingweg der Bandage ergibt (Bild 1). Die eingesetzten Beschleunigungsaufnehmer erfassen nach dem Newton'schen Axiom die Absolutbeschleunigungen der schwingenden Masse in Abhängigkeit von der Zeit. Durch die um 45° zur Vertikalen gedrehte Anordnung von zwei senkrecht aufeinander stehenden Beschleunigungsaufnehmer lassen sich alle in der Schwingebene auftretenden Bewegungsabläufe analysieren.

Neben der beschleunigungsproportionalen Massenkraft des Walzenkörpers wirken in vertikaler Schwingrichtung die Zentrifugalkraft des Erregersystems, die statische Achslast, bestehend aus Gewichtskraft der schwingenden Masse zuzüglich der statisch wirkenden Obermasse und die gesuchte Bodenkontaktkraft (Bild 1).

Aus dem zeitlichen Verlauf der zur Beschleunigung proportionalen Massenkraft und der rein sinusförmigen Fliehkraft ergibt sich der Differenzanteil, die gesuchte Bodenkontaktkraft. Trägt man die zwischen Boden und Bandage wirkende Bodenkontaktkraft über dem Schwingweg des Walzenkörpers bzw. der dem Boden aufgeprägten Verformung auf, so entsteht das Indikatordiagramm (Bild 2). Die indizierte Fläche des Indikatordiagramms entspricht der in den Boden übertragenen Verdichtungsleistung. Die Steigung der Kraft-Weg-Kennlinie während der Kompressionsphase stellt eine Kenngröße k zur Beurteilung der Steifigkeit des Bodens dar. Es ist plausibel, dass bei einer geringen Steifigkeit des Bodens die Kompressionskurve flach verläuft (flaches Indikatordiagramm) und bei zunehmender Steifigkeit des Bodens während der Kompressionsphase der in den Boden eindringenden Bandage mehr Widerstand entgegengesetzt wird (steiles Indikatordiagramm) (Bild 1).

Bild 1: Kräftegleichgewicht am schwingenden Walzenkörper und zeitlicher Kräfteverlauf

Bild 2: Bodenkompression der Bandage und Indikatordiagramm

Die Steifigkeit k steigt mit der Bandagenbreite und dem Bandagendurchmesser an und ist darüber hinaus abhängig von der schwingenden Masse, der statischen Auflast und der installierten Unwucht der Maschine. Um einen maschinenunabhängigen Wert zu erhalten, wird unter Berücksichtigung der Kontaktfläche und der Eindringtiefe der sogenannte ,,Vibrationsmodul EVIB" eingeführt, der dem dynamischen Verformungsmodul des Bodens entspricht.

Über den Kraft-Weg-Zusammenhang kann bei einer bestimmten Geometrie auf die Eigenschaften des Bodens geschlossen werden. Die Gleichungen von Hertz (1895) und Lundberg (1939) liefern für den linear ­ elastisch ­ isotropen Halbraum die Abhängigkeit von Geometrie, Bodenkraft und E-Modul. Würde der Boden die Bedingungen linear, elastisch und isotrop erfüllen, dann konvergiert der Verformungsmodul gegen den E-Modul. Zur Unterscheidung wird, ähnlich wie beim Lastplattendruckversuch, für die praktische Auswertung nicht der Begriff des E-Moduls, sondern im Hinblick auf die Schwingungsanregung der Modul als ,,Vibrationsmodul EVIB" bezeichnet. Gegenüber bisher verwendeten indirekten dimensionslosen Messgrößen handelt es sich hier um eine physikalische Kenngröße des Bodens in MN/m², die in direktem Zusammenhang mit dem Verformungsmodul des Bodens steht.

Die Ermittlung des EVIB-Wertes erfolgt in sehr kurzen Zeitzyklen und in dichter Folge. So fallen pro Sekunde etwa 10 bis 15 Werte an, was einem Abstand von 6,6 bis 10 cm bei einer typischen Arbeitsgeschwindigkeit der Walze von 3,6 km/h entspricht. Beim kontinuierlichen Verdichten ergibt sich somit ein lückenloses, flächendeckendes Bild über den Tragfähigkeitsund Verdichtungszustand des Bodens sowie über den Verdichtungsfortschritt.

Bild 3: Analogie des BOMAG Messverfahrens zum statischen Lastplattendruckversuch

3 Walzenintegrierte Mess- und Dokumentationseinrichtung

Das Terrameter BTM prof besteht im Wesentlichen aus der Aufnehmereinheit mit zwei Beschleunigungssensoren, die am nicht drehenden Teil der Bandage angeordnet sind, der Elektronikeinheit, einem Wegsensor, der Bedien- und Anzeigeeinheit und einem Drucker. Auf dem Terrameter Display werden der EVIB-Wert, die Arbeitsgeschwindigkeit, Frequenz und Amplitude kontinuierlich angezeigt. Mit dem Drucker können unmittelbar auf der Baustelle für Bahnen bis zu 150 m lange Ausdrucke erstellt werden. Der Papierstreifen dokumentiert die aufgezeichneten EVIB-Werte als Linienschrieb und die Betriebsparameter des Verdichtungsgerätes. Der Messschrieb ist besonders hilfreich auf kleineren Baumaßnahmen und zur fallweisen Kontrolle der Verdichtung auf größeren Maßnahmen. Es lassen sich Schwachstellen und Bereiche mit geringer Tragfähigkeit auf der Messstrecke genau lokalisieren. Durch Vergleich der Messschriebe von mehreren Übergängen lassen sich auch der Verdichtungsfortschritt und die mit dem Gerät maximal mögliche Verdichtung erkennen und dokumentieren.

Bild 4: BOMAG Verdichtungsmess- und Dokumentationssystem

Bild 5: Bahngebundene Dokumentation mit BOMAG BW 213 DH-4 und BCM 05

Für mittlere und große Baumaßnahmen, wie sie im Verkehrswegebau sowie bei der Baureifmachung von Gründungsflächen des Gewerbe-, Industrie- und Containerterminalbaus vorkommen, ist das Dokumentationssystem BCM 05 für eine flächenhafte Betrachtung der Baustelle und ein Datenaustausch zwischen Walze und Baubüro unerlässlich. Während des Verdichtungsvorganges werden die vom Terrameter anfallenden Messdaten dem Walzen fahrer grafisch und numerisch auf dem Farbdisplay des BCM 05-Systems angezeigt und mit der Auswertesoftware BCM 05-office auf einem PC analysiert, verwaltet und dokumentiert. Die Datenübertragung zwischen Display und PC erfolgt mit einem USB-Speicherstick (Bild 4). Die BCM 05 Software erstellt sowohl für den Walzenfahrer auf dem BCM Display als auch für den Auswerter der Daten im Baubüro aussagekräftige und detaillierte Datenübersichten mit Flächenberechnungen und statistischer Betrachtung der EVIB-Werte zur Beurteilung der Verdichtungsqualität. Die grafische Darstellung erfolgt wahlweise als Draufsicht mit Farbzuordnung oder als 2D-Darstellung.

Die Dokumentation erfolgt ohne GPS bahngebunden in der Regel mit Bahnlängen von 100 m. Dazu wird die zu bearbeitende Fläche in ein Walzbahnraster eingeteilt und Rastergröße, Positionierung im Feld durch XY-Koordinaten sowie andere wichtige Daten zur Beschreibung der Verdichtungsarbeiten im Baubüro mit BCM 05-office vorbereitet und mit USB Stick eingelesen.

Neben der bahnorientierten Dokumentation mit der manuellen Positionierung im Baufeld bietet das Dokumentationssystem mit dem von BOMAG entwickelten Softwaremodul BCM 05 positioning eine satellitengestützte Dokumentation (Bild 6).

Dabei wird neben dem EVIB-Wert kontinuierlich die Position der Walze in Lage und Höhe, die Betriebsparameter der Walze und der Zeitpunkt der Messung lückenlos erfasst und dokumentiert. Grundsätzlich können alle gängigen differenziell arbeitenden GPS-Systeme mit Korrektursignalen von Referenzstationen oder satellitengestützten Referenzdiensten verwendet werden. Je nach System und Empfängerqualität werden Lagegenauigkeiten von 2-5 cm (RTKGPS) bzw. 10 bis 30 cm bei Lösungen mit Referenzsatellit erreicht. Die BCM 05 positioning Software rechnet die ankommenden Satellitendaten in UTM oder Gauß Krüger Koordinaten um. Bei Eingabe entsprechender Transformationsparameter können die Satellitendaten in andere nationale oder lokale Koordinatensysteme transformiert werden. Zur Orientierung innerhalb der dokumentierten Flächen lassen sich auf einfache Weise Achsen und Umrisse mit der Aufnahme von speziellen Punkten innerhalb der Baumaßnahme einbinden.

Bild 6: BOMAG BW 213 DH-4 BVC mit GPS und BCM 05-Ausrüstung sowie flächendeckende Darstellung der Verdichtungsqualität

4 Anwendungsmöglichkeiten der flächendeckenden Verdichtungskontrolle

Seit Einführung der ZTV E-StB 94/97 können in Deutschland die walzenintegrierten Mess- und Dokumentationssysteme im Rahmen der Eigenüberwachung und Fremdüberwachung für Erdarbeiten im Straßenbau eingesetzt werden. Im Vordergrund steht hierbei die Anwendung der FDVK als Vollprüfung auf Grundlage einer Kalibrierung der dynamischen Messwerte der Walze an die bauvertraglich definierten Prüfmerkmale Verdichtungsgrad und Verformungsmodul. Die Verfahrensweise ist als Prüfmethode M2 in der ZTV E-StB 94/97 und in den ,,Technischen Prüfvorschriften für Boden und Feld im Straßenbau" (TP BF-StB) Teil E 2: Flächendeckende dynamische Prüfung der Verdichtung verankert.

Darüber hinaus bietet die FDVK eine Reihe von weiteren Anwendungsmöglichkeiten, die keine Kalibrierung erfordern. Eine mit dem BCM 05 durchgeführte flächendeckende Schwachstellensuche durch ein Proof rolling ist auf allen Bodenarten einsetzbar. Schwachstellen mit niedrigen EVIB-Werten werden dabei erkannt und dokumentiert. Die Verdichtungsprüfung mit Einzelversuchen kann gezielt an diesen Schwachstellen durchgeführt werden. In der Kombination von dynamischem Messwert der Walze und Einzelprüfung kann die Fläche dann insgesamt beurteilt werden.

Eine weitere wichtige Anwendung ist die Dokumentation der Verdichtung auf Grundlage einer Probeverdichtung und der damit verbundenen Festlegung einer Arbeitsanweisung. Hierzu werden mit dem BCM 05-System und einer GPS-Anbindung die EVIB-Werte und die Position der Walze kontinuierlich dokumentiert und damit auch die Verdichtungsübergänge kontrolliert. Die mit den Anwendungsmöglichkeiten der FDVK verbundenen Vorteile im Hinblick auf Steigerung der Verdichtungsleistung und Verbesserung der Verdichtungsqualität lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Bild 7: Anwendungsmöglichkeiten der FDVK

5 Baustelleneinsätze

5.1 Neubau Autobahnabschnitt A 33, Deutschland

Beim Neubau des 8 km Autobahnabschnittes der A 33 zwischen Steinhagen und Bielefeld wurde zur Herstellung und Verdichtungsprüfung der Dammschüttungen die flächendeckende Verdichtungskontrolle nach ZTV E-StB 09 angewendet. Als Dammschüttmaterial wurden schwach kiesige Sande mit einem Feinkornanteil von ca. 8 M % verwendet. Gefordert wurde gemäß Tabelle 2 der ZTV E-StB ein Verdichtungsgrad von 97 % für den Bereich 1 m unter Planum bis Dammsohle und 98 % für den Bereich Planum bis 1 m Tiefe. Zusätzlich war für das Planum eine Anforderung an die Tragfähigkeit gestellt, die einen Verformungsmodul EV2 > 45 MN/m² vorsah.

Für die Anwendung der Methode M2 ist immer eine Kalibrierung des Verdichtungsgerätes erforderlich, bei dem auf einem Kalibrierfeld mit einer Größenordnung von ca. 10 m x 30 m der Messwert des Verdichtungsgerätes mit der Dichte bzw. dem Verdichtungsgrad DPr und dem EV2-Wert korreliert wird. Der Korrelationskoeffizient r muss dabei > 0,7 sein. Der Untergrund des Kalibrierfeldes muss nachverdichtet und durch eine Messfahrt dokumentiert werden.

Bei dem eingesetzten Verdichtungsgerät handelte es sich um eine BOMAG BW 213 DH-4 BVC ausgerüstet mit BOMAG Terrameter und dem BOMAG Compaction Management System BCM 05. Auf dem Kalibrierfeld wurden auch zur Untersuchung des Einflusses des Untergrundes drei Schüttlagen á 50 cm des Dammschüttmaterial mit jeweils drei nebeneinanderliegenden 20 m langen Prüfbahnen angelegt und mit unterschiedlichen Übergangszahlen (niedrige Verdichtung, mittlere Verdichtung, hohe Verdichtung) verdichtet. Abschließend wurde jede Bahn mit einer Messfahrt gemessen. Auf jeder Bahn wurden dann zur Ermittlung des Verdichtungsgrades drei Dichtebestimmungen und für den Nachweis der Tragfähigkeit auf dem Planum fünf statische Plattendruckversuche ausgeführt und dem EVIB-Wert der BW 213 DH-4 BVC zugeordnet. Die Ergebnisse sind im Bild 8 dargestellt.

Für den Nachweis der Verdichtung ergibt sich ein EVIB-Zielwert von 80 MN/m² für den Bereich 1,0 m unter Planum bis Dammsohle und ein EVIB-Zielwert von 90 MN/m² für den Bereich Planum bis 1,0 m Tiefe. Der ermittelte Korrelationskoeffizient beträgt r = 0,9 und liegt deutlich über der Mindestanforderung (r > 0,7) der ZTV E-StB 09. Für den Tragfähigkeitsnachweis auf dem Planum ist entsprechend der Kalibrierung (Bild 8) ein EVIB-Wert von mindestens 56 MN/m² notwendig. Damit wäre aber die Forderung an die Verdichtung nicht erfüllt. Das heißt, maßgebend für den Nachweis der Tragfähigkeit auf dem Planum ist der für die Verdichtung ermittelte Mindestwert von EVIB = 90 MN/m².

Bild 8: Kalibrierung des EVIB-Wertes mit dem Verdichtungsgrad und mit dem EV2-Wert für schwachkiesigen Sand, Dammschüttmaterial A 33

5.2 Erweiterung der Flugverkehrsflächen des Flughafens Kristiansund, Norwegen

Für die Verlängerung der Start- und Landebahn mussten Auffüll- und Dammschüttarbeiten mit einem Gesamtvolumen von 2,3 Mio. m³ durchgeführt werden. Hierbei kam gesprengter Granitfels mit guter Kornverteilung und einer maximalen Kantenlänge von 1.000 mm zum Einsatz, der mit zwei 26 t schweren BOMAG Walzenzügen vom Typ BW 226 DH-4 BVC in 2 m Schüttlagen verdichtet wurde. Um die Verdichtungsarbeiten flächendeckend zu dokumentieren, waren die Walzen mit dem Terrameter und dem Dokumentationssystem BCM 05 sowie einem GPS-System ausgerüstet worden. Zu Beginn der Arbeiten war eine Probeverdichtung erfolgt, bei der das Setzungsmaß als Verdichtungskriterium herangezogen wurde. Während der Probeverdichtung wurde nach jedem Übergang die Setzung gemessen. Das Ende der wirksamen Verdichtung war damit definiert worden, dass die Setzungsdifferenz der letzten beiden Übergänge kleiner als 10 % der Gesamtsetzung sein sollte. Dies wurde nach 6 Übergängen erreicht. Aufgabe des Mess- und Dokumentationssystems war es zum einen durch flächendeckende Dokumentation der geforderten 6 Übergänge den Nachweis der Verdichtungsarbeit zu erbringen und gleichzeitig auf Inhomogenitäten und Schwachstellen aufmerksam zu machen.

Bild 9: Dokumentation der Übergänge (10. Lage) und der Gleichmäßigkeit der Verdichtung, Kristiansund, Norwegen

5.3 Hafenerweiterung Rotterdam ­ Euromax Container Terminal, Niederlande

Für den Bau des Euromax Container Terminal Phase 2 in Rotterdam musste die bereits bestehende vor 30 Jahren aus Nordseesand im Dredging-Verfahren hergestellte Fläche 2,70 m tief abgetragen und in Lagen von 50 cm wieder aufgebaut werden.

Bei dem Sand handelte es sich um Feinsand mit 10 % Schluffanteil. Die Proctordichten lagen im Bereich von 1.600 bis 1.650 kg/m³ bei einem optimalen Wassergehalt von 16 bis 17 %. Für diese Maßnahme wurde ein Verdichtungsgrad von 100 % gefordert und zusätzlich zum Nachweis der Tragfähigkeit auf dem Planum ein Verformungsmodul von 120 MN/m². Die mit den Erdbauarbeiten beauftragte Firma Ooms Nederland Holding bv setzte zur Verdichtung des Sandes eine mit Mess- und Dokumentationssystem ausgerüstete 15 t schwere BW 213 DH-4 BVC mit Anbauplatten ein. Das Verdichtungsmess- und Dokumentationssystem diente dazu, durch Beobachtung der EVIB-Zunahmen bei jedem zusätzlichen Übergang das Ende der maximal möglichen Verdichtung zu erkennen und eine Auflockerung des empfindlichen Sandes durch weitere Überfahren zu vermeiden. Des Weiteren sollte eine gleichmäßige Verdichtung und Tragfähigkeit sichergestellt werden und mögliche lokale Schwachstellen sofort erkannt und nachgearbeitet werden. Detaillierte Untersuchungen zu Beginn der Verdichtungsarbeiten zeigten, dass zur Erfüllung der Verdichtungs- und Tragfähigkeitsanforderung EVIB-Werte von 140 MN/m² erforderlich sind (siehe Bild 10).

Bild 10: Nachweis und Dokumentation der maximal möglichen Verdichtung auf Euromax Terminal Fläche, Rotterdam

6 Weiterentwicklung

Die Weiterentwicklung bei BOMAG konzentriert sich zurzeit auf zwei Schwerpunkte. Zum einen auf die Datenübertragung zwischen mehreren Walzen und von den Walzen zum Baubüro und zum anderen auf die Beseitigung des oftmals nachteiligen Untergrundeinflusses auf den Messwert durch Ermittlung des Schichtmoduls der zu verdichtenden Schicht. Beide Entwicklungsbereiche sind sowohl für die Bodenverdichtung als auch und insbesondere für die Asphaltverdichtung von Bedeutung.

Alle beim Verdichtungsprozess beteiligten Maschinen sollen durch Datenkommunikation der Positions- und Verdichtungsdaten auf den gleichen Informationsstand gebracht werden. Hierdurch soll der Bauprozess beschleunigt, effizienter gestaltet und die Qualität weiter verbessert werden. Das Bild 11 zeigt das von BOMAG angestrebte Konzept des Datenmanagements BCM-net für Asphaltanwendungen. Erste baupraktische Erfahrungen auf einem Großbauvorhaben konnten bereits 2011 gewonnen werden.

Der Vibrationsmodul EVIB konvergiert bei weitgehend homogenem Boden gegen den Verformungsmodul EV2. Maßstab für eine ausreichende Verdichtung ist hierbei ein durch die Regelwerke vorgegebener Anforderungswert. Ist dieser Wert noch nicht erreicht, muss weiter verdichtet werden, unabhängig davon, ob die Unterschreitung des Wertes aus der oberen oder unteren Bodenschicht herrührt. Bei Betrachtung einer Dammschüttung oder eines Straßenaufbaus als Schichtsystem, lässt sich der Vibrationsmodul EVIB als äquivalenter Modul auffassen, der abhängig von der Messtiefe über die zu verdichtende Schicht hinweg wirkt (Bild 12). Das heißt, der von der Walze ermittelte EVIB-Wert wird je nach Schichtdicke der Lage zum Teil durch die Steifigkeit der Unterlage bestimmt. Für die flächendeckende Verdichtungskontrolle ist daher eine vorherige Kalibrierung auf einem Testfeld zur Untersuchung des Untergrundeinflusses erforderlich. Dieser Aufwand kann minimiert werden, wenn zusätzlich zu dem Vibrationsmodul EVIB die Schichtsteifigkeit der einzelnen Schichten ermittelt wird. In diesem Fall kann der Verdichtungsvorgang dann beendet werden, wenn der Schichtmodul der oberen Schicht sein Maximum erreicht.

Die BOMAG Lösung sieht vor durch Erfassung der Verformungsmulde die Schichtsteifigkeiten auf Grundlage der Theorie eines Mehrschichtmodells zu bestimmen. Der dann ebenfalls verfügbare Steifigkeitsmodul des Unterbaus gibt Aufschluss über einen gleichmäßig tragfähigen oder auch schwachstellenbehafteten Unterbau und vervollständigt die flächendeckende Verdichtungskontrolle FDVK.

Bild 11: BCM-net: Informationsaustausch zwischen den Verdichtungsgeräten und zwischen Baustelle und Baubüro

Bild 12: Ermittlung der Schichtmoduli für einen mehrschichtigen Straßenaufbau mit einer BOMAG FDVK Walze, die mit mehreren Sensoren zur Erfassung der Verformungsmulde ausgerüstet ist

7 Zusammenfassung

Die Nutzung des Verdichtungsgerätes als Mess- und Prüfsystem beruht auf der Wechselwirkung zwischen dem Beschleunigungsverhalten des vibrierenden Walzenkörpers und der sich mit der Verdichtung ändernden Steifigkeit des Bodens. Die Vorteile der Anwendung liegen in der Optimierung der Baumaschinen und der Verdichtungsarbeiten sowie in der Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Erdbauqualität, in der Minimierung des Risikos einer Fehlinterpretation und insgesamt in der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Qualitätssicherung. Umfassende Praxiserprobungen und wissenschaftliche Erkenntnisse von zahlreichen Bauvorhaben im Hinblick auf die Sicherung der Baugrund- und Erdbauqualität haben zur Entwicklung der flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK) geführt. In Deutschland, Österreich, Schweden und in der Schweiz wurde eine Reihe von technischen Vorschriften und Empfehlungen herausgegeben, die den Weg für die allgemeine Anwendung der FDVK in diesen Ländern frei gemacht haben. Zwischenzeitlich wurde durch die Nutzung von Mikroprozessorsteuerungen und die Einführung von automatischen Dokumentationssystemen und GPS gestützten Positionierungssystemen, ein Verdichtungsmanagement ermöglicht, das die Positionsdaten der Walze mit den Verdichtungsdaten verknüpft und sowohl die Verdichtungsqualität und ihre Gleichmäßigkeit als auch die Walzenübergänge kontrolliert und dokumentiert. Die damit verbundenen Vorteile haben zu einer weiteren Verbreitung und Anwendung der flächendeckenden Verdichtungskontrolle geführt.

Mit den Möglichkeiten einer funkbasierten Onlineübertragung der Messdaten zum Baubüro und der Vernetzung der Walzen ist die Vision einer prozessgesteuerten Verdichtungstechnik näher gerückt.

8 Literaturverzeichnis

Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau, Boden- und Felsmechanik, Technische Universität München: Dynamische Verdichtungsprüfung bei Erd- und Straßenbauten. Forschungsberichte aus dem Forschungsprogramm des Bundesministers für Verkehr und der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Heft 612, 1991

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N e u h a u s, M. (2010): Prüfbericht zur Kalibrierung der Messwalze und Festlegung der Anforderungswerte nach Prüfmethode M2 ­ FDVK für die A 33 Bau-km 3 + 100, Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen, Prüfcenter Münster

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTV E-StB 09), Ausgabe 2009, Köln, FGSV 599

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau (TP BF-StB) Teil E 2, Flächendeckende dynamische Prüfung der Verdichtung, Ausgabe 1994, Köln, FGSV 591/E 2

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (2005): Merkblatt über flächendeckende dynamische Prüfung der Verdichtung im Erdbau (zurzeit in Überarbeitung)