Integrierte Verdichtungskontrollen bei dynamischen ... - TERRA-Mix

Integrierte Verdichtungskontrollen bei dynamischen
Verdichtungsverfahren
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Dietmar Adam
Institut für Geotechnik, Forschungsbereich Grundbau, Boden- und Felsmechanik,
TU Wien, Karlsplatz 13, A-1040 Wien, Österreich
Dipl.-Ing. Ivan Paulmichl
Geotechnik Adam ZT GmbH
Wiener Straße 66-72/15/4, A-2345 Brunn am Gebirge, Österreich
Dipl.-Ing. Dr.techn. Fritz Kopf
Vienna Consulting Engineers Holding GmbH
Hadikgasse 60, A-1140 Wien, Österreich
Dipl.-Ing. Peter Erdmann
FAYAT BOMAG
Hellerwald, D-56154 Boppard, Deutschland
1 Einleitung
In den letzten Jahren wurden an der TU Wien in Zusammenarbeit mit Unternehmen aus
der Wirtschaft im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten integrierte
Verdichtungskontrollen bei dynamischen Verdichtungsverfahren weiterentwickelt bzw.
gänzlich neue Ansätze erarbeitet. In diesem Beitrag soll ein Überblick über
Verdichtungskontrollen, die auf der dynamischen Interaktion zwischen Verdichtungsgerät
und Boden beruhen, gegeben werden. Ausgehend von der Flächendeckenden
Dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK) bei Walzen werden neue Konzepte für die
Dynamische Intensivverdichtung (DYNIV) und die Impulsverdichtung vorgestellt.
Den vorgestellten Konzepten ist gemein, dass sie das Verdichtungsgerät auch als
Messgerät einsetzen. Diese in das dynamische Verdichtungsgerät integrierten
Verdichtungskontrollen haben den Vorteil, dass ihre Messwerte bereits während des
Verdichtungsprozesses vorliegen. Damit ist es möglich, unmittelbar auf die Messwerte zu
reagieren und durch deren Interpretation die Arbeitsmethode zu optimieren. Dem relativ
geringen Messaufwand steht somit ein großer und unmittelbar nutzbarer
Informationsgewinn gegenüber.
Bei der Bodenverdichtung mittels dynamischer Walzen kann die Tragfähigkeit des
Untergrundes und ihre Verbesserung durch den Verdichtungserfolg mit der
Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK) gemessen und
dokumentiert werden. Die dynamisch erregte Walze und der bearbeitete Untergrund bilden
ein schwingendes Interaktionssystem mit wechselnden Kontaktbedingungen, wobei der
Messwert zur Beurteilung der Bodentragfähigkeit aus dem gemessenen
Bewegungsverhalten der Walze ermittelt wird. Diese ermittelten Messwerte können in der

Walze mit entsprechender Hardware aufgezeichnet und als Hilfe für den Fahrer
unmittelbar angezeigt werden. Später können die Messdaten dann an einem PC nochmals
bearbeitet und für die Baustellendokumentation aufbereitet werden. In diesem Beitrag
werden unterschiedliche Methoden der Messwertermittlung vorgestellt sowie die
möglichen Wege der numerischen Simulation aufgezeigt. Anhand von Ergebnissen aus
numerischen Simulationen werden die FDVK-Messgrößen miteinander verglichen.
Die Dynamische Intensivverdichtung (DYNIV) ist eine Verdichtungsmethode, welche
die dynamische Verdichtung des behandelten Untergrundes durch wiederholte Schläge
mittels herabfallenden Fallgewichtes vorsieht. Bislang wurden zur Verdichtungskontrolle
und der Optimierung der Verdichtungsmethode statische Versuche angewandt. Mit
Baustellenmessungen wird die prinzipielle Möglichkeit einer dynamischen
Verdichtungskontrolle gezeigt, deren theoretische Grundlagen anhand von numerischen
Parameterstudien mit Hilfe der Randelementmethode entwickelt wurden.
Beim Impulsverdichter fällt ein Gewicht geringerer Masse als bei der DYNIV auf eine am
zu verdichtenden Boden stehende Verdichtungsplatte. Durch die relativ hohe
Schlagfrequenz wird trotzdem eine erhebliche Verdichtungsenergie in den Boden
eingetragen. Ein System der Verdichtungskontrolle, welches die dynamische Antwort des
Untergrundes auf die Verdichtungsimpulse nutzt, ist derzeit noch nicht entwickelt. Deshalb
erfolgt eine automatische Dokumentation von Verdichtungsparametern, die in weiterer
Folge zur Beurteilung der Baugrundeigenschaften bzw. als Entscheidungshilfe für die
Beendigung der Verdichtung bei jedem Verdichtungspunkt herangezogen werden.
2 Flächendeckende Dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK) mit
dynamisch angeregten Walzen
2.1 Dynamisch angeregte Walzen
In dynamisch angeregten Walzen kommen vibrierende oder oszillierende Erreger zum
Einsatz, die aus einer oder mehreren Erregerwellen bestehen. Für die dynamische
Verdichtung von Untergründen sind die dynamischen Kräfte aus den Erregersystemen im
Zusammenspiel mit den statischen Lasten aus dem Gewicht der Maschinen entscheidend.
Durch die dynamische Anregung erfährt die Oberfläche des Untergrundes eine Vielzahl
von Impulsen, wodurch Druck- und Scherwellen in das Material eingeleitet werden und die
Bodenpartikel in Schwingung versetzt werden. Dadurch wird die innere Reibung des
Materials herabgesetzt und somit eine Partikelumlagerung im Zusammenspiel mit dem
statischen Gewicht der Partikel erleichtert, sodass der Porengehalt sinkt und die Dichte
ansteigt.
Die Bandage, der Verdichtungskörper einer Vibrationswalze, wird durch rotierende
Unwuchtmassen, die an einer Welle in der Bandagenachse befestigt sind, angeregt
(Abb. 1, links oben). Diese rotierende Masse versetzt die Bandage in eine kreisförmige
Bewegung. Die Verdichtung geschieht hauptsächlich durch die Übertragung von Druckund
Scherwellen in den Untergrund in Kombination mit der statischen Auflast der
Maschine. Die maximale resultierende Kraft zwischen Bandage und Boden tritt in nahezu
vertikaler Richtung auf.

Die Reaktion des Untergrundes beeinflusst maßgeblich die Schwingung der Bandage in
ihrer Amplitude und Schwingform. Viele Untersuchungen haben gezeigt, dass die
Bandage einer Vibrationswalze in unterschiedlichen Zuständen arbeitet, abhängig von den
Walzen- und Bodenparametern. Dabei werden fünf unterschiedliche Betriebszustände
unterschieden, die in (Abb. 1, rechts) dargestellt sind. Entscheidend dabei ist die
Wechselwirkung und der Kontakt zwischen Bandage und Boden sowie die Periodizität der
Bandagenbewegung im Vergleich zur Anregung [ADAM, D., 1996, KOPF, 1999, KRÖBER,
1988].
Ständiger Kontakt tritt nur bei geringen Bodensteifigkeiten (geringer Verdichtungsgrad)
oder kleinen Bandagenamplituden auf. Steigt die Bodensteifigkeit weiter an, so kommt es
zunächst zum sog. Abheben, dem am häufigsten auftretenden Betriebszustand. Bei einem
weiteren Anwachsen der Untergrundsteifigkeit tritt das Springen der Bandage auf. Der
Unterschied der beiden Zustände liegt lediglich in der Periodizität der Bewegung der
Bandage. Als besondere Form des Springens kann das sog. Taumeln der Bandage
auftreten, bei der eine Drehung der Bandage um die Fahrtrichtungsachse der Maschine
der vertikalen Bewegung der Bandage überlagert ist. Eine weitere Steigerung der
Bodensteifigkeit führt zu einem chaotischen Verhalten der Bandage, bei dem die Maschine
nur noch sehr schwer zu beherrschen ist.
Abb. 1: Verschiedene Walzen-Erregersysteme (links) und Betriebszustände der
Bandage einer Vibrationswalze
Eine stufenlose Einstellbarkeit und damit Regelbarkeit der Unwuchtexzentrizität kann für
einen Kreiserreger durch zwei gleichlaufende Unwuchtmassen, deren Lage zueinander
einstellbar ist, bewerkstelligt werden. Dieses Funktionsprinzip ist in der Entwicklung der
Firma AMMANN, der sog. ACE-Walze, umgesetzt. In der Bandage einer Vario-Walze,
einer Entwicklung der Firma BOMAG, befinden sich zwei gegenlaufende
Unwuchtgewichte, die die Bandage in einen gerichtete Schwingung versetzen (Abb. 1,
links unten). Die komplette Erregereinheit lässt sich verdrehen, so dass die Richtung der
Erregung stufenlos von horizontal bis vertikal eingestellt werden kann. Der vertikale Anteil
der dynamischen Erregung trägt wesentlich mehr Verdichtungsenergie in den Boden ein
als der horizontale Anteil. Steht der Erreger vollständig oder nahezu in vertikaler Richtung,
so ist die Verdichtungswirkung mit einem Kreiserreger zu vergleichen. Bei sehr flacher
oder horizontaler Stellung ist das Verdichtungsverhalten vergleichbar mit einer
Oszillationsbandage, auch wenn das Bewegungsverhalten nicht gleich ist.

Selbstregelnde Walzen sind Geräte, die ihre veränderlichen Walzenparameter
automatisch an die Untergrundverhältnisse anpassen. Ziel ist es, den
Verdichtungsvorgang zu optimieren und trotz reduzierter Anzahl der Walzenübergänge
eine gleichmäßige und tiefreichende aber dennoch materialschonende Verdichtung zu
erreichen. Mit den VARIOCONTROL-Walzen der Firma BOMAG und den ACE-Walzen der
Firma AMMANN sind zwei selbstregelnde Systeme auf dem Markt, die nach
unterschiedlichen Regelkriterien die Walzenerregung auf den zu verdichtenden
Untergrund einstellen. Bei den VARIOCONTROL-Walzen wird durch die Regelung
vermieden, dass der Betriebszustand Springen auftritt. Als zusätzliches Regelkriterium
kann auch eine Obergrenze für die eingeleitete Verdichtungskraft eingestellt werden.
2.2 Flächendeckende Dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK)
Die Flächendeckende Dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK) mit dynamisch
angeregten Walzen ist eine walzenintegrierte Methode, mit der der Verdichtungserfolg
arbeitsintegriert gemessen und dokumentiert wird, basierend auf der Messung der
Wechselwirkung zwischen Bandage und Untergrund [ADAM, D., 1996, KOPF, 1999].
Werden die Walzenparameter (Fahrgeschwindigkeit, schwingende Masse, Erregerkraft
und –richtung sowie –frequenz, statische Auflast) konstant gehalten, so sind Änderungen
im Bewegungsverhalten der Bandage eindeutig wechselnden Untergrundverhältnissen
zuzuordnen. Dieser Effekt wird zur Bestimmung des Verdichtungszustandes des Bodens
genutzt. Die Bandage dient dabei als Messwerkzeug, dessen Bewegungsverhalten mittels
eines Sensors erfasst und in einer Prozessoreinheit verarbeitet wird, so dass der
Verdichtungswert auf einem Anzeigegerät dargestellt und auch abgespeichert wird. Durch
einen Geschwindigkeitssensor oder ein GPS-System wird der jeweilige Ort zu den
berechneten Verdichtungsmesswerten ermittelt und zugeordnet (Abb. 2).
Abb. 2:
Vibrationswalze mit integriertem FDVK-System
Das Compactometer der schwedischen Firma Geodynamik war das erste am Markt
erhältliche FDVK-System, das breite Anwendung fand. Zur Gewinnung der Messgröße
CMV (compactometer value) werden die an der Lagerschale der Bandage in vertikaler
Richtung gemessenen Beschleunigungssignale im Frequenzraum analysiert [THURNER]
Der dimensionslose CMV-Wert ist proportional der Amplitude der ersten Oberschwingung
bezogen auf die Amplitude bei Erregerfrequenz (Abb. 3), (Gleichung 1). Die Variablen
Faktor 1 und Faktor 2 sind generell mit 300 und 100 festgelegt.
CMV
a(2.
0)
Faktor1
a(
)
0
a(0,5.
0
)
RMV Faktor2
(1 a,b)
a(
)
0

Beim Übergang zum Sprungbetrieb verdoppelt sich die Periode des
Beschleunigungssignals. Deshalb ist Sprungbetrieb im Frequenzbereich an der Existenz
eines Wertes ungleich Null bei der halben Erregerfrequenz zu erkennen. Der RMV-Wert
(resonance meter value) dokumentiert diesen Betriebszustand. Dies ist wichtig, da sich
das Messwertniveau der FDVK-Messung beim Wechsel des Betriebszustandes vom
Abheben zum Springen signifikant ändert.
Abb. 3:
Bandagenbeschleunigungen im Frequenzbereich dargestellt
Das FDVK-System Terrameter der Firma Bomag analysiert die Bandagenbeschleunigung,
ebenfalls gemessen an der Lagerschale, im Zeitbereich [KRÖBER, 1999]. Für dieses
Messsssystem existieren zwei verschiedene Messwerte, welche aus dem
Arbeitsdiagramm (Abb. 4) ermittelt werden können. Der Omega-Wert ist die ursprüngliche
Messgröße, welche in den letzten Jahren durch den Messwert E vib abgelöst wurde.
Aus der schwingenden Masse, multipliziert mit der gemessenen Beschleunigung abzüglich
der bekannten Erregerkraft, kann die Bodenkontaktkraft ermittelt werden. Durch doppelte
Integration des Beschleunigungssignals wird der Schwingweg berechnet. Mit
Bodenkontaktkraft und Schwingweg kann ein Arbeitsdiagramm erstellt werden.
Abb. 4: Arbeitsdiagramm der schwingenden Bandage mit eingezeichneten
Hilfsgrößen für die Berechnung des Omega- und des E vib -Wertes
Wird nun die Fläche unter dem Arbeitsdiagramm aus Schwingweg z und
Bodenkontaktkraft F (schraffierte Fläche in Abb. 4) über zwei Erregerperioden T ermittelt,
erhält man die in den Untergrund eingebrachte Verdichtungsarbeit. Diese ist proportional
zum dimensionslosen FDVK-Messwert Omega. Der Wert Faktor 3 in Gleichung 2 hat die
Einheit 1/(N.m), ist geräteabhängig und bringt den Omega-Wert auf eine dimensionslose
Größe zwischen 0 und 1000; er findet in der folgenden Auswertung keine

Berücksichtigung, weshalb eine Omega-proportionale Größe im Folgenden in N.m pro
zweifacher Unwuchtumdrehung angegeben wird.
Omega Faktor
3
2T
F z dt
1
Die Steigung der Arbeitslinie in der Belastungsphase als Sekante durch definierte Punkte
(F/z 1 in Abb. 4) ist die Grundlage für die FDVK-Messgröße E vib [N/m²], der sich nach
Gleichung (3) rekursiv errechnet.
F
z
1
Evib
2 a
3
2
(2 a)
Evib
2 (1 )
2,14
0,5 ln(
2
(1 ) 16
( mb
me
mr
) g ( d
Die Firma AMMANN bietet mit den ACE-Walzen (Ammann Compaction Expert)
selbstregelnde Walzenzüge mit integriertem Messgerät an.
Der Messwert k B [N/m] ergibt sich im Kontaktbetrieb zu [ANDEREGG, 2004]:
)
/ 2)
2
( me
e Vario)
cos( )
k
B
( mb
me
)
, (4)
A(
z1
)
wobei A
( z 1 )
die Amplitude des Schwingweges und den Phasenwinkel des Schwingweges
(Abb. 5, links) bezeichnet.
(2)
(3)
Abb. 5: Links: Erregerkraft und Schwingweg der schwingenden Bandage mit
eingezeichneten Hilfsgrößen für die Berechnung des k B -Wertes im Kontaktbetrieb. Rechts:
Arbeitsdiagramm der schwingenden Bandage mit eingezeichneten Hilfsgrößen für die
Berechnung des k B -Wertes bei Kontaktverlust
Bei periodischem Kontaktverlust wird der k B -Wert nach folgender Formel ermittelt:
k
B
F
( z
1 0)
( mb
me
mr
)
A
( z1
)
g
, (5)
wobei, wie in (Abb. 5, rechts) dargestellt, F( z 1 0)
die Bodenkontaktkraft am Umkehrpunkt,
( mb
me
mr
) g die statische Bandagenlast und A
( z 1 )
die Amplitude der
Bandagenbewegung am Umkehrpunkt sind.
Durch die Ermittlung der FDVK-Werte während der Verdichtungsfahrt, ihre Speicherung
und direkte Darstellung, entweder über einen Monitor oder mit Hilfe eines Druckers, wird

dem Walzenfahrer unmittelbar eine Information über den Verdichtungszustand des von
ihm bearbeiteten Untergrundes gegeben, so dass er sein Arbeitsergebnis deutlich
verbessern kann. Es wird zwischen einer bahngebundenen Arbeitsweise, bei der die
Baustelle in Felder und Bahnen unterteilt wird, und einer GPS-basierten Vorgehensweise,
bei der die jeweilige Walzenposition mit Hilfe eines an der Walze angebrachten GPS-
Systems ermittelt und zugeordnet wird, unterschieden (vgl. Abb. 6). In beiden Fällen
können die aktuellen Messwerte online in der Walze auf einem Bildschirm dargestellt und
später am PC zur Auswertung und Dokumentation bearbeitet und aufbereitet werden.
a)
b)
Abb. 6: Aufzeichnung und Darstellung der FDVK-Messwerte am Beispiel der
BOMAG-Verdichtungsmesstechnik; a) bahngebundenes Messen und Aufzeichnen, b)
GPS-basiertes Messen und Aufzeichen; jeweils links Darstellung der Baustelle, in der
Mitte die Ansicht auf den Messmonitor in der Walze und rechts die Aufarbeitung der
Messdaten am PC zur Erstellung der Dokumentation
2.3 Numerische Simulation der Verdichtung mit dynamischen Walzen und der
Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK)
Zur Untersuchung des Bewegungsverhaltens von dynamisch angeregten Walzen und
darauf basierend auch der FDVK bieten sich mehrere unterschiedliche Verfahren an. Die
erste Möglichkeit zur Beschreibung der dynamischen Effekte ist ein semianalytischer
Ansatz nach [WOLF, 1994], der auf einem sogenannten Konus-Ansatz (siehe Abb. 7) zur
Beschreibung des elastisch-isotropen Halbraumes unter dem Verdichtungswerkzeug, der
sog. Bandage, basiert. Dieses Verfahren liefert mathematische Zusammenhänge, die
numerisch gelöst werden können. Der Vorteil dieser Methode liegt in der einfachen
Umsetzbarkeit und in den kurzen Rechenzeiten, so dass es sich besonders für
Parameterstudien (siehe auch [ADAM, D., 1996, KOPF, 1999]) und somit auch für
Untersuchungen und Vergleiche von FDVK-Messwerten (siehe auch [KOPF, ERDMANN,
2005]) eignet.

Abb. 7: Skizze: Walzenbandage auf elastisch isotropem Halbraum. Näherungsweise
Betrachtung als Einmassenschwinger, dessen Parameter über die Betrachtung des
Halbraumes als Konus [WOLF, 1994] ermittelt werden
Abb. 8: Verlauf der FDVK-Messgrößen aus Simulationsberechnungen von
unterschiedlich stark angeregten Vibrationswalzen auf homogenem Untergrund variabler
Steifigkeit. Jeweils rechts: Legende mit Wertebereich und Farbzuordnung [KOPF,
ERDMANN , 2005]

Ein niedriger E-Modul repräsentiert dabei einen weichen, unverdichteten Untergrund, eine
Steigerung des E-Moduls simuliert den Verdichtungsfortschritt. Die Diagramme zeigen
deutlich, dass die verschiedenen FDVK-Werte bei Veränderung der Untergrundsteifigkeit
unter gleichen Randbedingungen unterschiedlich Verläufe aufzeigen.
Die vier Darstellungen in Abb. 8 ermöglichen einen objektiven Vergleich der
unterschiedlichen FDVK-Messgrößen. Es wird deutlich, dass es keinen FDVK-Messwert
gibt, der völlig unabhängig von der Größe der dynamischen Anregung
(Abminderungfaktor) ist. Bei E vib - und k B -Werten ist diese Abhängigkeit nicht so stark
ausgeprägt wie bei CMV- und Omega-Werten, da erstere speziell für Walzen mit
veränderlicher bzw. selbstregelnder dynamischer Erregung entwickelt wurden. Vor dem
Hintergrund, dass bei FDVK-Messungen für die Abnahme eines Erdbauwerkes in
Österreich die Walzenparameter nicht geändert werden dürfen (schon wegen der
Auswirkungen der Veränderung der Messtiefe bei geschichteten Aufbauten), sind die
„alten“ Messgrößen CMV und Omega weiterhin für derartige Messungen geeignet.
Für die richtige Wahl der Einstellung für alle Messfahrten ist die Kenntnis der
Messwertniveaus und der Lage der Betriebszustandswechsel von großem Interesse, denn
der Einfluss des Betriebszustandes auf die FDVK-Messwerte ist in jedem Fall zu
berücksichtigen. Er ist für die unterschiedlichen FDVK-Messgrößen in Abb. 8 ersichtlich.
Sieht man sich z.B. den Verlauf des CMV-Wertes bei einem Vario-Faktor von 0,8 an, so ist
ein Anstieg des Messwertes zwischen einem E-Modul von 5 bis 18 MN/m² nur kaum zu
erkennen. Dort ist aber der Betriebszustandswechsel von Kontakt zu Abheben (grüne
Linie) und bei weiter zunehmender Bodensteifigkeit steigt der CMV-Wert nun stetig an. Bei
einem E-Modul von ca. 55 MN/m² beginnt die Walze jedoch zu springen, und der
Messwert fällt plötzlich ab, stabilisiert sich bei ca. 65 MN/m² auf relativ geringem Niveau
und steigt abermals mit zunehmender Bodensteifigkeit an, bis bei ca. 125 MN/m² der
nächste Wechsel des Betriebszustandes (rote Linie) erreicht ist, ab dem er gänzlich seine
Aussagekraft verliert.
Auf diese Weise eignen sich die Diagramme zur Beurteilung der Stärken und Schwächen
der einzelnen FDVK-Messgrößen, ihrer Sensibilität in unterschiedlichen Bereichen der
Bodensteifigkeit und der dynamischen Erregung (Abstand der Iso-Linien) und ihrer
Empfindlichkeit gegenüber Variation der Erregung (je steiler die Iso-Linien gegen die
x-Achse gerichtet sind, desto „unempfindlicher“ ist die Messgröße). Die „ideale
Messgröße“ würde sich durch äquidistante, senkrechte Iso-Linien über den gesamten
Bereich auszeichnen. Sieht man sich die Evolution der FDVK-Messwerte vom CMV-Wert
bis zu den E vib - und k B -Werten an, so ist ersichtlich, dass man sich auf dem richtigen Weg
befindet.
3 Integrierte Verdichtungskontrolle bei der Dynamischen Intensivverdichtung
3.1 Dynamische Intensivverdichtung
Die Dynamische Intensivverdichtung gehört sicher zu den ältesten Methoden der
Bodenverdichtung. Dabei wird ein Fallgewicht angehoben und auf den Untergrund fallen
gelassen, welcher dadurch verdichtet wird. Die durch das Anheben des Fallgewichtes

aufgebrachte potentielle Energie wird im freien Fall in kinetische Energie umgewandelt, die
beim Aufprall auf den Untergrund zur dynamischen Bodenverdichtung zur Verfügung
steht. Diese archaische Verdichtungsmethode wurde in den 1960er-Jahren vom
französischen Ingenieur Menard wieder entdeckt, mit dem Aufkommen von leistungs- und
widerstandsfähigeren Baugeräten weiterentwickelt, optimiert und so zu neuen
Anwendungsgrenzen geführt.
Das Prinzip der Stoßverdichtung beruht auf der Aufbringung von Stößen auf die
Oberfläche eines zusammendrückbaren Untergrundes, um die zu verbessernden
Schichten im Untergrund der Tiefe nach zu verdichten und zu konsolidieren. Die Stöße
werden dabei durch ein Fallgewicht mit einer Masse von 10 bis 40 t, welches mit
speziellen Hubgeräten gehoben und aus Höhen von 5 bis 40 m fallen gelassen wird,
erzeugt.
Menard machte das Verfahren weltweit unter dem Namen „Dynamische Konsolidation“
(Dynamic Consolidation, DC) bekannt, da es ihm gelang, auch feinkörnige Böden zu
verdichten. Der bei diesen Böden auftretende Konsolidationsvorgang prägte den Namen.
Mit diesem Verfahren lassen sich aber auch grobkörnige Böden verdichten, weshalb im
wissenschaftlichen Sprachgebrauch der Begriff „Heavy Tamping“ verwendet wird.
Abb. 9: Unterschiedliche Trägergeräte für die dynamische Intensivverdichtung. Links:
Raupenkran, mittig: „Tripode“ (40 t, 40 m Fallhöhe), rechts: „Giga-Maschine“ (200 t, 20 m
Fallhöhe)
Bei der Dynamischen Intensivverdichtung wird der Untergrund in einem festgelegten
Raster mit mehreren definierten Schlägen auf jeden Verdichtungspunkt behandelt.
Gegebenenfalls wird nach einem bestimmten Zeitraum die gesamte Fläche, z.B. mit einem
versetzten Raster, abermals verdichtet. Eine abschließende Oberflächenbehandlung kann
mit speziellen Fallgewichten erfolgen.
Die Vorgangsweise ist von den örtlichen Gegebenheiten abhängig und kann je nach
Mächtigkeit der zu verbessernden Bodenschichte(n), deren Materialeigenschaften und
Zustand (Kornverteilung, Kornform, Wassergehalt, Wasserdurchlässigkeit,
Lagerungsdichte, Verdichtungsfähigkeit, etc.) und dem gewünschten Verdichtungserfolg
variieren.

Folgende Parameter stehen zur Verfahrensauslegung und -optimierung zur Verfügung:
- Fallgewicht (Masse, Geometrie),
- Fallhöhe,
- Anordnung der Verdichtungspunkte (Rastermaß),
- Anzahl der Schläge je Verdichtungspunkt,
- Bearbeitungsreihenfolge der Verdichtungspunkte (räumlich, zeitlich).
Auf die Oberfläche des zu verdichtenden Baugrundes wird bei feinkörnigem Boden oder
hohem Grundwasserstand grobes Material in einer Schichtstärke von 0,5 bis 2,0 m als
Arbeitsplanum, Lastverteilungsschicht sowie Dränageschicht aufgebracht. Die zu
bearbeitende Fläche wird dann schachbrettartig in Felder mit einer Kantenlänge von ca.
dem Dreifachen des Durchmessers der Fallgewichte (d.h. Quadrate von 5 x 5 bis 10 x 10
Meter) eingeteilt. Das Fallgewicht wird mehrmals in die Mitte des ersten Feldes
fallengelassen (i.d.R. 5 bis 10 Schläge). Danach wird der Kran zum nächsten Feld
umgesetzt und der Vorgang dort wiederholt. Die entstehenden Krater sind mit
anstehendem Material oder Fremdmaterial zu verfüllen, bevor ein erneuter Übergang
erfolgt. Bei großen erforderlichen Einwirktiefen und locker gelagerten Böden mit großer
Mächtigkeit sollte der Verdichtungsvorgang im gleichen Raster wiederholt werden. Bei
begrenzter Mächtigkeit der zu verbessernden Bodenschicht und begrenzten
Tiefenwirkungen ist ein versetztes Raster zu empfehlen.
Die zeitliche Reihenfolge der Bearbeitung wird durch den Abbau des
Porenwasserüberdrucks bestimmt. Der Anstieg des Porenwasserdrucks infolge der
kurzzeitigen Stoßbelastung ist auf den Kompressions- und Schervorgang im Boden
zurückzuführen. Die bodenmechanisch erforderliche Wartezeit zwischen zwei
Schlagphasen liegt zwischen 1 bis 2 Wochen; praktisch wird diese Zeitspanne jedoch
durch den Bauablauf bestimmt. Der Arbeitsprozess wird so lange fortgesetzt, bis eine den
Erfordernissen entsprechende Bodenverbesserung eingetreten ist. Der letzte Übergang
(„Bügeln“) wird in der Regel mit einem eigens dafür konstruierten Fallgewicht mit geringer
Energie je Schlag und kleinem Rastermaß ausgeführt, um die obersten Bodenschichten
zu verdichten, ohne die bereits verdichteten tiefer liegenden Schichten zu erfassen.
Die bodenmechanische Wirkungsweise des Verfahrens beruht bei bindigen Böden auf
folgenden Effekten:
- kurzzeitige Bodenverflüssigung beim Aufprall des Fallgewichts (Impulslast) und
Strukturzerstörung,
- innere Verspannung der Bodenschichten,
- Erhöhung der Durchlässigkeit durch spontane Rissbildung in bindigen Böden.
Von maßgebender Bedeutung für den Wirkungsgrad der Methode sind vor allem Luft- und
Gaseinschlüsse im Boden.

Die erreichbaren Einwirktiefen lassen sich mit der Gleichung
wobei die Variablen folgendermaßen definiert sind:
H Verdichtungstiefe (Einflusstiefe) [m] ,
c Geschwindigkeits-Dämpfungsfaktor [ ]
(z.B. c = 1 , wenn für h ein freier Fall angesetzt wird) ,
H
c m h abschätzen,
Bodendämpfungsfaktor [ ] (0,3-1,0); z.B. =0,7 für einen heterogenen Boden,
m Fallmasse [t] ,
h Fallhöhe [m] .
Abb. 10: Dynamische Verdrängung: wiederholte Verfüllung des mit Fallgewicht
hergestellten Einschlagskraters mit grobem, gebrochenem Material zur Herstellung von
„Steinsäulen“ im weichen, bindigen Untergrund. (zu beachten: Rissbild im Arbeitsplanum)
Ein wesentlicher Bestandteil des Verfahrens sind die begleitenden Messungen. Neben
den üblichen Erkundungen des Untergrundes (Bohrung, Schurf, Sonde etc.) werden im
Vorfeld der Verdichtung Versuche mit der Pressiometersonde nach Menard durchgeführt.
Auf einem Kalibrierfeld finden unter Variation der Verdichtungsparameter
Probeverdichtungen statt, deren Effizienz durch wiederholte Pressiometerversuche und
Nivellements dokumentiert wird. Auf diese Weise wird eine auf die örtlichen Verhältnisse
abgestimmte und optimierte Vorgangsweise festgelegt, die dann auf das gesamte Baulos
angewendet wird. Zur Qualitätskontrolle wird der Verdichtungserfolg nach Beendigung der
Arbeiten stichprobenartig im gesamten bearbeiteten Bereich mittels Pressiometersonde
dokumentiert. Der große Nachteil des Pressiometerversuches, nur in horizontaler Richtung
einen Modul messen zu können, kommt bei der Kontrolle der dynamischen
Intensivverdichtung nicht stark zum tragen, da durch die Plastifizierung bzw.
Bodenverflüssigung beim Aufschlag des Fallgewichtes die vertikalen und die horizontalen
Steifigkeitseigenschaften weitgehend „homogenisiert“ werden.

3.2 Integrierte Verdichtungskontrolle
Die messbare Beschleunigung des Fallgewichtes ist proportional zur Kraft, die in den
Boden übertragen wird. Diese Bodenkontaktkraft ist die Summe jener Kräfte, die der
Boden (Feststoff-Wasser-Luft) bei der dynamischen Intensivverdichtung als Reaktionskraft
dem Fallgewicht entgegensetzen kann. Somit gehen sämtliche bei der Intensivverdichtung
auftretenden bodenpysikalischen Phänomene (Bodenverdichtung, Bodenverdrängung,
Bodenverflüssigung, Porenwasserüberdrücke, erhöhte Wasserdurchlässigkeit durch
spontane Rissbildung, grundbruchartiges lokales Versagen, Massenträgheitskräfte,
gegebenenfalls asymmetrische Mantelreibungskräfte, plastische und elastische
Deformationen, etc.) in den Verlauf dieser Kraft ein, so dass sie bei der primären
Stoßbelastung für die Bestimmung eindeutiger, charakteristischer Werte zur
Verdichtungskontrolle ungeeignet scheint.
Anders verhält es sich beim Ausschwingverhalten des Fallgewichtes nach einem Stoß. Die
Zuwachsrate der plastischen Deformationen und die Phänomene aus Verdichtungs-,
Bruch-, und Versagensmechanismen sind zu diesem Zeitpunkt bereits abgeklungen, so
dass in erster Nährung elastisches Ausschwingverhalten unter erhöhtem
Porenwasserüberdruck angenommen werden kann.
Abb. 11 zeigt einen gemessenen Ausschwingvorgang, aus dem einige dynamische
Kenngrößen abzuleiten sind. Die Messungen des Ausschwingvorganges lassen
brauchbare Bodenkennwerte zur dynamischen Verdichtungskontrolle erwarten und geben
den Anlass zu den theoretischen Überlegungen und numerischen Simulationen.
100
Maximalbelastung
Beschleunigung [m/s²]
80
60
40
Fall
Aufprall
erneutes
Abheben
Gleitphase
Ausschwingvorgang
20
Erdbeschleunigung
0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Zeit [s]
Abb. 11: Dynamischer Ausschwingvorgang eines 16,5 t-Fallgewichtes nach dem
Aufprall aus 1 m Fallhöhe auf einen unbehandelten Untergrund

Es ist möglich, aus gemessenen Fallgewichtsbeschleunigungen beim Ausschwingvorgang
die gedämpfte Eigenkreisfrequenz D
und das Lehr’sche Dämpfungsmaß eines
ersatzweise angenommenen viskos gedämpften Einmasseschwingers zu ermitteln:
D
2
1
Es lässt sich daraus auch die zugehörige ungedämpfte Eigenkreisfrequenz berechnen.
Bei der Dynamischen Intensivverdichtung wird der Untergrund nicht nur an seiner
Oberfläche belastet. Mit zunehmender Schlaganzahl fällt das Fallgewicht in ein immer
tiefer werdendes Loch, dessen Wände erfahrungsgemäß meist nahezu senkrecht stehen
bleiben. Die dynamischen Verhältnisse werden durch diese Änderung der Geometrie
beeinflusst.
Zur numerischen Behandlung dieses Problems wird die Randelementmethode (Boundary
Element Method, BEM) gewählt, die für diese Berechnungen in idealer Weise geeignet ist.
Bei der verwendeten rotationssymmetrischen Geometrie des Problems ist nur mehr der
Rand der Rotationsebene mit Linienelementen zu diskretisieren. Dabei kommt der große
Vorteil der Randelementmethode zu tragen, dass jene Elemente, die an den elastisch
isotropen Halbraum grenzen, als „halbunendliche“ Elemente definiert werden können, und
so der Halbraum mit seinen dynamischen Eigenschaften in der Berechnung berücksichtigt
wird.
(6)
Abb. 12: Skizze des Berechnungsmodells für die Simulation der dynamischen
Intensivverdichtung mit der Randelementmethode
Ebenso wie beim gemessenen Ausschwingvorgang des Fallgewichtes wird auch bei den
berechneten Übertragungsfunktionen zur Auswertung das Ersatzsystem eines viskos
gedämpften Einmasseschwingers herangezogen. In Abb. 13 ist ein typischer Verlauf einer
mit der BEM berechneten Übertragungsfunktion dargestellt. Bei diesem komplexen
Frequenzgang ist der Realteil der Verschiebungsamplitude des Fallgewichtes rot, der
Imaginärteil blau und der Absolutbetrag grün eingezeichnet.

1,0E-04
( g ) p q g g
Verschiebung z des Fallgewichtes Re{z}, Im{z}, Abs{z} [m]
8,0E-05
6,0E-05
z stat = 0,0419 mm
4,0E-05
2,0E-05
8,7 Hz 9,4 Hz
0,0E+00
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-2,0E-05
-4,0E-05
Resonanz
a p,max = 1,958 • z stat
BEM = 0,265
Re{z} Realteil der Verschiebungsamplitude
Im{z} Imaginärteil der Verschiebungsamplitude
Abs{z} Absolutbetrag der Verschiebungsamplitude
ungedämpfte Eigenfrequenz des ersatzweise angenommenen Einmasseschwingers
beim Vorzeichenwechsel des Realteiles Re{z}
-6,0E-05
Erregerfrequenz [Hz]
Abb. 13:
Beispiel einer mittels BEM berechneten Übertragungsfunktion
Aus dem Frequenzgang kann das Lehr’sche Dämpfungsmaß des gedämpften
Einmasseschwingers einfach aus dem Verhältnis der maximalen Amplitude zur statischen
Verformung berechnet werden. Der Vorzeichenwechsel des Realteiles der
Übertragungsfunktion findet bei der Eigenkreisfrequenz des ungedämpften Systems
statt, welcher auf diese Art leicht zu ermitteln ist.
Mittels der numerisch gefundenen Zusammenhänge kann für eine gegebene
Fallgewichtsgeometrie und –masse eine praxisgerechte Methode hergeleitet werden mit
deren Hilfe ohne komplizierte Berechnungen aus den Schwingungsgrößen (Frequenz und
Dämpfung), Bodenkenngrößen (E-Modul und Querdehnzahl) bestimmt werden können
[KOPF, F., PAULMICHL, I.: 2005].
Dazu sind unter Verwendung der nachfolgenden Messschriebe und Diagramme nur mehr
vier Schritte notwendig:
8,0
7,0
6,0
Tper = 0,122 s
fD = 7,96 Hz
= 0,220
Tper = 0,072 s
fD = 13,9 Hz
Tper = 0,068 s
fD = 14,7 Hz
Tper = 0,059 s
fD = 17,1 Hz
= 0,097 = 0,088 = 0,167
Beschleunigung des Fallgewichtes [m/s²]
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
6,604
1,621
0,880
0,504
0,174
0,0
0,367
0,493
0,565
0,633
0,692
-1,0
-2,0
0,325 0,375 0,425 0,475 0,525 0,575 0,625 0,675 0,725
Zeit [s]
Abb. 14: 1. Schritt: Ermittlung der gedämpften Eigenfrequenz und der Dämpfung aus
dem gemessenen Ausschwingvorgang

Lehr´sches Dämpfungsmaß [ ]
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
0,0
0,5
Eindringtiefe T des Fallgewichtes T [m]
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Abb. 15: 2. Schritt: Ermittlung der Querdehnzahl aus der abgebildeten Abhängigkeit
des Lehr’schen Dämpfungsmaßes von der bekannten Eindringtiefe des Fallgewichtes und
der Querdehnzahl
14
12
Grundeigenfrequenz [Hz]
10
8
6
4
2
Für Eindringtiefe des Fallgewichtes T = 0
Das Fallgewicht steht auf der Oberfläche des Halbraumes
0
0 8 16 24 32 40 48 56 64
E-Modul [MN/m²]
Abb. 16: 3. Schritt: Ermittlung des E-Modules des Untergrundes für den theoretischen
Fall, dass das Gewicht nicht in den Boden eingedrungen ist sondern auf der Oberfläche
des Halbraumes platziert ist

Abminderungsfaktor [ ]
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0,0
0,5
1,0
Eindringtiefe T des Fallgewichtes [m]
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Abb. 17: 4. Schritt: Korrektur des in Schritt 3 ermittelten E-Moduls zur
Berücksichtigung der tatsächlichen Eindringtiefe des Fallgewichtes in den Boden
Der in dieser Arbeit entwickelte theoretische Lösungsweg, aus Schwingungsmessungen
am Fallgewicht während der dynamischen Intensivverdichtung Bodenkennwerte ermitteln
zu können, ist ein neuer Ansatz, eine begleitende dynamische Kontrolle des Verfahrens
durch Baustellenmessungen zu entwickeln. Die Vorteile einer solchen
Verdichtungskontrolle wären mannigfaltig. So könnte vor allem bei heterogenen
Verhältnissen jeder einzelne Verdichtungspunkt optimal behandelt werden. Es wäre z.B.
möglich, dass ab einer gewissen Schlaganzahl die Bodensteifigkeit nicht mehr zunehmen
und die Querdehnzahl sich dem Wert 0,5 annähern würde, was ein Indikator dafür wäre,
dass durch Wassersättigung keine Bodenverdichtung sondern lediglich eine Verdrängung
stattfindet. Ein Weiterarbeiten an anderer Stelle und Abwarten, bis sich die
Porenwasserüberdrücke abgebaut haben, wäre eine Möglichkeit, vor Ort rasch auf diese
Phänomene zu reagieren.
Derzeit ist die Messtechnik (vor allem die Energieversorgung) noch nicht in der Lage den
auftretenden Beschleunigungen auf Dauer standzuhalten und eine Kabelverbindung zum
Sensor am Fallgewicht ist selbstverständlich nicht praxistauglich. Die standardmäßige
Anwendung der vorgestellten Methode ist somit erst an eine Weiterentwicklung in der
Messtechnik verbunden.

4 Dokumentation der Verdichtungsparameter bei der Impulsverdichtung
4.1 Impulsverdichter
Das Prinzip der Impulsverdichtung besteht darin, dass ein Fallgewicht mit einer definierten
Masse (Fallmasse: 5 t, 7 t, 9 t oder 12 t) mit hoher Schlagfrequenz aus einer bestimmten
Höhe (≤ 1,2 m) mehrmals auf eine Stahlplatte (Durchmesser: 1,5 m), den sog.
Verdichtungsfuß, fallengelassen wird. Die Platte bleibt dabei in ständigem Kontakt mit dem
zu verdichtenden Untergrund, weshalb eine sichere und effiziente Energieeintragung
möglich ist. Auf diese Weise wird der Untergrund bei jedem Aufschlag des Fallgewichtes
lokal dynamisch verdichtet. Der durch die Verdichtung entstandene Krater wird mit
geeignetem Material (z. B. grob- oder gemischtkörniges Material mit den geforderten
Eigenschaften hinsichtlich Durchlässigkeit, Scherfestigkeit etc.) aufgefüllt und dieses wird
folglich wiederum mit dem Fallgewicht verdichtet. Durch Wiederholung dieser
Vorgangsweise entsteht in den oberflächennahen Bereichen ein verdichteter Pfropfen, der
mit jedem Stoß tiefer in den zu verbessernden Boden eindringt bzw. eine Durchmischung
des verfüllten Materials mit dem anstehenden Boden bewirkt. So entstehen schlussendlich
Säulen aus einem Gemisch aus Boden und Füllmaterial. Der Boden wird damit bis in
Tiefen von rund 4,5 bis 7 m [ADAM et al., 2010] verdichtet bzw. verbessert. Auf diese Art
erfolgt zusätzlich eine Homogenisierung des Untergrundes.
Abb. 18: Impulsverdichter: Aufbau des Verdichtungsgerätes (li.) und Arbeitsschritte bei
der Impulsverdichtung – Beispiel (re.)

Da die Anordnung bzw. die Rasterausteilung der Verdichtungspunkte von den tatsächlich
angetroffenen Bodenarten sowie den zukünftigen Bauwerkslasten und Anforderungen an
Setzungen und Setzungsdifferenzen abhängt, erfolgt generell eine Anpassung des
Rasters und der Fallhöhe des Fallgewichts unter Berücksichtigung der örtlichen
Randbedingungen.
Vor Beginn der Verdichtungsarbeiten wird zu diesem Zwecke, im Allgemeinen in
Abstimmung mit einem Sachverständigen für Geotechnik (Grundbau und
Bodenmechanik), ein Probefeld in-situ angelegt. Diese dient einerseits dem Nachweis der
Eignung des vorgeschlagenen Konzeptes und andererseits zur Optimierung des Ablaufes
der Impulsverdichtung.
Dabei wird üblicherweise folgendermaßen vorgegangen:
Bestimmung der Tiefenwirkung
Die Bestimmung der Tiefenwirkung erfolgt auf dem Probefeld in Abhängigkeit von der
Bodenart mittels Leichten (DPL), Mittelschweren (DPM) oder Schweren
Rammsondierungen (DPH) oder Drucksondierungen (CPT). Die Sondierungen vor und
nach der Verdichtung werden miteinander verglichen und daraus die Tiefenwirkung
abgeleitet. Insbesondere bei feinkörnigen Böden ist auf den Einfluss von
Porenwasserdrücken zu achten.
Festlegung der Herstellungsparameter
Folgende Herstellungsparameter werden für die Impulsverdichtung festgelegt, beispielhaft
werden dazu typische Zahlenwerte angegeben:
- Fallgewicht: z.B. 9 t
- Durchmesser des Verdichtungsfußes: 1,5 m
- Fallhöhe der Fallmasse: ≤ 1,2 m (vorzugsweise z.B. 1,0 m)
- Verdichtungsraster:
o Grundraster: z.B. 2,5 m x 2,5 m (1 bis 2 Übergänge)
o Sekundärraster: z.B. 2,5 m x 2,5 m, diagonal versetzt (1 Übergang)
- Seitlicher Überstand des Verdichtungsbereiches von z.B. 2,5 m (gemessen vom
Umriss der Bodenplatte bis zur Außenkante des äußersten Verdichtungspunktes).
Festlegung des Arbeitsablaufes
Anhand der Ergebnisse der Probeverdichtung wird ein für den Boden sowie die
Anforderungen typischer Arbeitsablauf für die Impulsverdichtung festgelegt. Folgendes
Beispiel soll einen derartigen Arbeitsablauf veranschaulichen:
- Aushub bis zum vorgesehenen Voraushubplanum

- Herstellung des Arbeitsplanums durch Schüttung einer Schicht aus grob- bzw.
gemischtkörnigem Schüttmaterial, Verdichtung mit einer Vibrationswalze; minimaler
Abstand zum Grundwasser ca. 1 m.
- 1. Übergang auf den diagonal versetzten Punkten des Grundrasters
- 1. Übergang auf den übrigen, ebenso diagonal versetzten Punkten des Grundrasters
- Verfüllen der Verdichtungskrater mit geeignetem Zugabematerial
- Verdichtung mit einer Vibrationswalze
- ev. 2. Übergang auf den diagonal versetzten Punkten des Grundrasters
- ev. 2. Übergang auf den übrigen, ebenso diagonal versetzten Punkten des
Grundrasters
- ev. Verfüllen der Verdichtungskrater mit dem vorgesehenen Zugabematerial
- ev. Verdichtung mit einer Vibrationswalze
- abschließender Übergang auf dem Sekundärraster („Finishen“)
- ggf. Verfüllen der Verdichtungskrater mit dem vorgesehenen Zugabematerial
- Verdichtung mit einer Vibrationswalze
4.2 Verdichtungskontrolle durch Dokumentation der Verdichtungsparameter
Da für die Impulsverdichtung noch kein voll integriertes Verdichtungskontrollsystem zur
Verfügung steht wie für dynamische Walzen bzw. die Dynamische Intensivverdichtung,
erfolgt eine automatische Dokumentation von Verdichtungsparametern, die in weiterer
Folge zur Beurteilung der Baugrundeigenschaften bzw. als Entscheidungshilfe
(„Abbruchkriterien“) für die Beendigung der Verdichtung bei jedem Verdichtungspunkt
herangezogen werden.
Dokumentation der Herstellungsparameter
Zur Unterstützung werden von einem automatischen Datenerfassungssystem, das auf
dem Gerät installiert ist, die wesentlichen Daten während der Verdichtung aufgezeichnet
und dokumentiert. Neben Informationen über die Baustelle sind das die folgenden 10
Parameter (vgl. Abb. 19):
- 1, 2: Kürzel und Nummerierung der Fläche
- 3, 4: Datum & Zeit der Durchführung der Verdichtung bei jedem Verdichtungspunkt
- 5: Schlagzahl pro Verdichtungspunkt („Blow Total“)
- 6: Setzung letzter Schlag („Final Set“)
- 7: Gesamtsetzung (Krater- bzw. Trichtertiefe) („Final Depth“)
- 8: Eingebrachte Gesamtverdichtungsenergie je Verdichtungspunkt
- 9: Mittlere Fallhöhe des Fallgewichtes pro Schlag
- 10: Stop Code

Von der Fa. TERRA-MIX wurde ein weiterer, sehr wertvoller Parameter eingeführt, die
GPS-basierte Bestimmung des Standort des Verdichtungsfußes nach jedem Umstellen
von einem Verdichtungspunkt zum nächsten.
Abb. 19:
Datenerfassungssysteme in der Fahrerkabine des Impulsverdichters
Abbruchkriterien
Die dokumentierten Parameter werden zur Ermittlung der Abbruchkriterien herangezogen.
Die Verdichtung wird unter Berücksichtigung folgender Abbruchkriterien durchgeführt, die
im Vorfeld festgelegt und auf einem Probefeld verifiziert bzw. optimiert werden:
- Abbruchkriterium 1: Gesamtsetzung (Krater- bzw. Trichtertiefe) z.B. > 80 cm
- Abbruchkriterium 2: Schlagzahl pro Verdichtungspunkt z.B. > 50
- Abbruchkriterium 3: Setzung letzter Schlag z.B. < 10 mm
Bei Kratertiefen von z.B. festgelegten 45 cm erfolgt ein 2. und ggf. ein 3. Übergang mit
dem Impulsverdichter.
Abb. 20 zeigt den Vorgang von der GPS-basierten Festlegung der Verdichtungspunkte
(linkes Bild) bis zur Dokumentation der Abbruchkriterien (rechtes Bild). Anhand der
unterschiedlichen Farben und Zahlenwerte in den Kreisen, welche die Verdichtungspunkte

darstellen, sind die gesetzten Verdichtungsmaßnahmen zu erkennen (Die Zahlenwerte in
den Kreisen geben die Setzung beim letzten Schlag (sog. „Final Set“) an; mit den Farben
Blau, Grün, Gelb und Rot werden die für die einzelnen Verdichtungspunkte zahlenmäßig
ausgewiesenen Final Sets zudem farblich abgestuft, von „niedrig“ (Farbe Blau) bis „hoch“
(Farbe Rot), um den Verdichtungserfolg „flächendeckend“ zu visualisieren.).
Abb. 20: Impulsverdichtung: festgelegte Verdichtungspunkte (li.) und Darstellung der
dokumentierten Abbruchkriterien (re.)
Folgende positive Effekte werden zufolge der Anwendung der Impulsverdichtung erzielt
und insbesondere durch die Dokumentation der Herstellungsparameter im Zuge der
Impulsverdichtung aufgezeigt und optimiert:
- Die Optimierung der Herstellungsparameter (Masse und Geometrie des
Fallgewichtes, Fallhöhe, Rastermaße) erfolgt bereits zu Beginn der Arbeiten auf

einem Probefeld unter Berücksichtigung der vom Gerät während der Verdichtung
dokumentierten Parameter. Damit ist eine optimale Anpassung der
Impulsverdichtung sowohl in technischer als auch in bauzeitlicher Hinsicht auf die
örtlich vorgefundenen Untergrundverhältnisse (Bodenaufbau,
Grundwasserverhältnisse) und baulichen Randbedingungen möglich.
- Ein besonders gleichmäßiges Setzungsverhalten ist bei Anwendung der
Impulsverdichtung unter Zugrundelegung der objektivierten Abbruchkriterien zu
erwarten.
- Es findet durch die Impulsverdichtung eine Bodenverdichtung bzw. untergeordnet
eine Bodenverdrängung statt, sodass eine deutliche Volumenverringerung des zu
verbessernden Bodens erzielt wird. Das entsprechende Volumen wird durch
geeignetes Zugabematerial (z. B. grob- bzw. gemischtkörniges Schüttmaterial) in
der Art ergänzt, dass durch weitere Übergänge eine Pfropfenbildung bzw.
Durchmischung mit dem anstehenden Boden erfolgt. Anhand der dokumentierten
Parameter können unnötige Übergänge, die nur noch eine Bodenverdrängung
bewirken, vermieden werden.
- Eine Verbesserung der Verdichtungswirkung und Beschleunigung der
Konsolidation in Bodenschichten mit geringerer Durchlässigkeit (schluffige Böden)
erfolgt durch die Volumenreduktion. Langzeitsetzungen können damit auf ein
Minimum reduziert werden, Konsolidationszeiten deutlich verringert.
5 Zusammenfassung
Bei der dynamischen Verdichtung mittels Walzen ist die Flächendeckende Dynamische
Verdichtungskontrolle (FDVK) als integrierte Verdichtungskontrollen bereits Stand der
Technik. Die Betriebszustände der Walzenverdichtung beeinflussen die Messwerte
unterschiedlich und müssen für eine sinnvolle Anwendung berücksichtigt werden.
Die Auswertung von Baustellenmessungen der Dynamischen Intensivverdichtung
(DYNIV) hat gezeigt, dass der Ausschwingvorgang eines Fallgewichtes auf dem
Untergrund nur in grober Nährung jenem eines viskos gedämpften Einmasseschwingers
oder eines idealisierten Fallgewichtes auf linear elastisch homogenem Halbraum
entspricht. So ist die Tendenz zu erkennen, dass der Ausschwingvorgang durch steigende
Frequenz bei abnehmendem Dämpfungsmaß gekennzeichnet ist. Darauf ist bei künftigen
Messungen besonderes Augenmerk zu legen. Als Kritikpunkt ist die Beschränkung der
Grundlagen für die Auswertung auf homogene Eigenschaften des Bodens zu nennen.
Diese Vorgangsweise ist aber bei den meisten Verdichtungskontrollen gängige Praxis und
führt gewöhnlich zu vernünftigen und gut interpretierbaren Ergebnissen. Selbstverständlich
haben eine Schichtung des Untergrundes und die lokale Bodenverbesserung einen
entscheidenden Einfluss auf die Messwerte und die daraus abgeleiteten Kenngrößen.
Diese beziehen sich eben auf einen dynamisch möglichst äquivalenten homogenen
Halbraum und gewährleisten somit die Vergleichbarkeit.

Für die Impulsverdichtung steht zurzeit noch kein System wie für die FDVK bzw. die
Dynamische Intensivverdichtung zur Verfügung. Optimierung und Kontrolle der
Impulsverdichtung erfolgen durch die Dokumentation der Herstellungsparameter,
insbesondere durch folgende Maßnahmen bzw. Einhaltung der im Folgenden
angegebenen Kriterien:
- Festlegung der Herstellungsparameter, wie Geometrie des Fallgewichtes, Fallhöhe,
Raster, Arbeitsablauf und Anzahl der Übergänge etc.,
- Einhaltung der Abbruchkriterien,
- GPS-gesteuerte Verdichtung mit arbeitsintegrierter Dokumentation der
Herstellungsparameter für jeden Punkt,
- Zusätzlich wird die Durchführung von Leichten, Mittelschweren und Schweren
Rammsondierungen (DPL, DPM und DPH) bzw. von Drucksondierungen (CPT) vor
und nach der Impulsverdichtung empfohlen. Für bindige Bodenschichten ist
vorrangig die Leichte Rammsonde DPL einzusetzen, für nichtbindige in erster Linie
die Schwere Rammsonde DPH.
Mit dieser Form des Qualitätsmanagements besteht die Möglichkeit, örtliche
Inhomogenitäten des Untergrundes klar zu erkennen und die Impulsverdichtung gezielt
anzupassen. Im Bedarfsfall werden zusätzliche Verdichtungsübergänge ausgeführt.
Integrierte Verdichtungskontrollen bei dynamischen Verdichtungsverfahren bieten dort, wo
sie bereits in der Praxis als Stand der Technik eingesetzt werden, mannigfaltige Vorteile,
sodass die Weiterentwicklung bzw. Neuentwicklung für weitere Verdichtungsmethoden
eine praxisrelevante und zukunftsträchtige Aufgabe ist.
6 Schrifttum
ADAM, C., FALKNER, F.-J., ADAM, D., PAULMICHL, I., FÜRPASS, J.: Dynamische
Bodenverdichtung mit dem Impulsverdichter. Projekt Nr. 815441/13026 – SCK/KUG,
Endbericht für die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), 184 S., 2010
ADAM, D.: Flächendeckende Dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK) mit
Vibrationswalzen. Dissertation, Technische Universität Wien, 1996
ADAM, D., PAULMICHL, I.: Impact Compactor – an innovative dynamic compaction device for
soil improvement. Tagungsband 8th International Geotechnical Conference, (4. und 5. Juni
2007, Slovak University of Technology, Bratislava, Slowakei), S. 183-192, 2007
ANDEREGG, R.: Intelligent Compaction with Vibratory Rollers. Transportation Research
Board TRB 2004 Annual Meeting, CD-ROM., 2004
ERDMANN, P.: Simulation von Verdichtungsvorgängen in Böden mit Hilfe der Finite-
Elemente-Methode. Tagungsband der 1.Commercial Vehicle Technology Konferenz,
Kaiserslautern, Deutschland, 2010

ERDMANN, P.: Compaction simulation of road building materials using EDEM. Vortrag im
Rahmen der EDEM-Userconference bei DEM-Solutions, Edinburgh, Schottland, August
2009
KOPF, F.: Flächendeckende Dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK) bei der
Verdichtung von Böden durch dynamische Walzen mit unterschiedlichen Anregungsarten.
Dissertation, Technische Universität Wien, 1999
KOPF, F., ERDMANN, P.: Numerische Untersuchungen der Flächendeckenden Dynamischen
Verdichtungskontrolle. Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift (ÖIAZ), 150.
Jahrgang, Heft 4-5/2005, S. 126, 2005
KOPF, F., PAULMICHL, I.: Die dynamische Intensivverdichtung (DYNIV) –
Verdichtungskontrolle mittels dynamischer Messungen. Österreichische Ingenieur- und
Architekten-Zeitschrift (ÖIAZ), 150. Jahrgang, Heft 4-5/2005, S. 149, 2005
KRÖBER, W.: Untersuchung der dynamischen Vorgänge bei der Vibrationsverdichtung von
Böden. Dissertation, Technischen Universität München, 1988
KRÖBER, W.: Vario-Control und FDVK im Erdbau – schwierige Verdichtungsaufgaben
sicher und wirtschaftlich gelöst. Tagungsband: „Wachstum durch Innovation, Braunlage,
Deutschland“, 24-26. Februar 1999
PAULMICHL, I., FÜRPASS, J.: Mitteltiefe Verdichtung mit dem Impulsverdichter – Fallbeispiele
aus der Praxis. Tagungsband der 7. Österreichische Geotechniktagung des
Österreichischen Nationalkomitees der International Society for Soil Mechanics and
Geotechnical Engineering (ISSMGE) und des ÖIAV, Austria Center Vienna, 21. – 22.
Jänner 2009
THURNER, H.: Verfahren und Vorrichtung zur Beurteilung des Verdichtungsgrades beim
Verdichten einer Unterlage mit einem vibrierenden Verdichtungsgerät. Offenlegungsschrift
2710811. Deutsches Patentamt, Aktenzeichen P 27 10 811.8.
WOLF, J.P.: Foundation Analysis Using Simple Physical Models, Prentice-Hall, Inc.,
Englewood Cliffs, N.J, 1994