Heidrich, Werner

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Article, Published VersionHeidrich, WernerEinige Ergebnisse von Messungen der Bodenschwingungbei RüttelverdichtungMitteilungen der Forschungsanstalt für Schiffahrt, Wasser- und Grundbau; SchriftenreiheWasser- und GrundbauVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/106057Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Heidrich, Werner (1964): Einige Ergebnisse von Messungen der Bodenschwingung beiRüttelverdichtung. In: Mitteilungen der Forschungsanstalt für Schiffahrt, Wasser- undGrundbau; Schriftenreihe Wasser- und Grundbau 13. Berlin: Forschungsanstalt fürSchiffahrt, Wasser- und Grundbau. S. 5-14.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.1/ !L/-) ( Einige Ergebnisse von Messungen der Bodenschwingung bei Rüttelverdichtung Dipl.-Math. Werner Heidrich - 7-In der Zeit vom 16.5.1961 bis 6.7.1961 wurden auf der Baustelle Bräsinchen dynamische Messungen durchgeführt, um das Verhalten von Vibrationsverdichtungsgeräten zu überprüfen. Es wurden zu diesem Zwecke zunächst einige yersuchsmessungen gemacht, um die Funktions-fähigkeit der Maßapparatur zu kontrollieren. Diese bestanq aus 6 Maßverstärkern M 60 der Firma Metra (Radebeul) mit den Nummern 146, 155, 159, 168, 180, 201 mit den Beschleunigungsmessern KD 2a, Nummer B ?25, B 626, B 633, B 635, B 658, B 659 und zur Registrie-rung zwei 3-Schleifenoszillographen mit den Maßschleifen 8 T, Nr. 1721, 1723, 1730, 1731, 1752, 1757. Zur Anpassung der Schleifen an Maßverstärker wurden Zwischenwiderstände von ca. 600 Ohm verwen-det, so daß der vorgeschriebene Abschluß der Verstärker gesichert war. Es waren noch einige Beschleunigungsmesser in Reserve, von de-nen der B 660 für Messungen auf den Vibrationsplatten verv1endet wer-den sollte. Sämtliche Beschleunigungsmesser hatten 30 m Kabel, sie wurden in verschiedenen Tiefen im Boden eingebaut. Bereits die erste inforuuitorische Messung zeigte einen wesentlichen Unterschied zwi-schen der Bewegung der Verdichtungsplatte ( gemessen auf der Grund-platte) und der Bewegung des Bodens. Die Platte macht eine im we-sentlichen sinusförmige Bewegung. Bei die.ser liegt sie aber nur e_inen Bruchteil der Zeit auf dem Boden; dazwischen springt sie. Auch dem Boden wird diese Betriebsfrequenz der Maschine mit aufgeprägt, doch sind die Beschleunigungsamplituden dieser Frequenz klein gegen eine andere Schwingung, die durch das Aufschlagen der Platte auf den Boden hervorgerufen wird. So wird bei jedem Schlag auf den Boden in diesem ein harter Stoß registriert, der selbst Ausgang einer stark gedämpften Schwingung ist. Diese Schwingungen haben eine recht hohe Frequenz, die bei den verschiedenen Verdichtungsplatten unter-schiedlich war; offensichtlich bestand aber keine direkte Abhängig-keit dieser Frequenz von der Betriebsfrequenz. Nach den ersten Vorversuchen wurden die Beschleunigungsmesser im Boden eingebaut, und zwar drei Stück zur Anzeige vertikaler Schwin-gungen in 50, 100 und 150 cm Tiefe und drei zur Anzeige horizonta-ler Schwingungen in 50, 88 und 150 cm Tiefe. Hierzu wurden mit einem Stihlbohrgerät zwei Bohrungen (eine für vertikale und eine für hori-zontale Messung) dicht nebeneinander niedergebracht und die Be-schleunigungsmesser in den entsprechenden Tiefen eingesetzt, wobei der Sand eingeschüttet und mö glichst fest gestampft wurde. Anschlie-ßend wurde mit den vorhandenen Vibrationsverdichtern versucht, die Auffüllung möglichst gut zu verdichten und der Umgebung anzupassen. - 8 ":" Die Kabel wurden locker mit einigen S-Kurven ·bzw. Spiralen im Bohr-loch hochgeführt; sie wurden dann in etwa 30 - 50 cm unter der Ober-fläche zum Meßgerät geführt, um eine Beschädigung durch darüberfah-rende Walzen bzw. Platten zu verhindern. Die Gefahr, daß .elastische Wellen durch das Kabel geführt oder durch die Auffüllung im Bohr-rohr etwas verfälscht werden, mußte in Kauf genommen werden. Meß-technisch günstiger wäre eine horizontale Zuführung der Kabel zum Beschleunigungsmesser gewesen; dies hätteaber beim Aufbau ganz enor-me Schwierigkeiten hervorgerufen, und eventuell wären hierdurch an-dere Fehler entstanden, die durch die schlechtere Verdichtungsmög-lichkeit der Verfüllung hervorgerufen werden können. Die einzige Möglichkeit, die Idealanordnung zu realisieren, ist der Einbau der Meßgeräte in einer Schüttung während des Schüttens mit horizontaler Kabelzuführung bei laufendem Verdichten der eingebrachten Sandmas-sen. Die Messungen wurden dann so durchgeführt, daß die Verdichtungs-platten über die eingebauten Beschleunigungsmesser hinwegliefen, und von 3 m vorher bis 3 m hinterher alle .Meter eine Meßregistrie-rung vorgenommen wurde; hierbei wurde die Mitte der Platte als B~­zugspunkt benutzt. Besondere Aufmerksamkeit wurde bei der Auswer-tung der Messung in 50 cm Tiefe im Falle ·der Stellung 0 für verti-kale Anregung gewidmet, , denn hier ist gut zu erkennen, welche Bewe-gungen vom Boden selbst über~ommen werden. In der Tabelle 1 sind die festgestellten Hauptfrequenzen und die Beschleunigungsamplituden zusammen mit den scheinbaren Betriebsfrequenzen zusammengestP-llt . Zu dieser Zusammenst~llung ist zu bemerken: bei einigen Geräten (z.B. SVP 24; SVP 31,5; SVP 63) ist keine di-relcte Wiederholung des Schwingungsbildes bei jedem Stoß festzustel-len, sondern es folgen sich regelmäßig ein starker und ein schwa-cher Stoß. Das zeigt an, daß die Platte ungleichmäßig mit dem Boden zusammenarbeitet, daß sie wahrscheinlich einmal in Phase mit der Bodenbewegung, also schwach aufsetzt und einmal gegenphasig, also stark. Auffällig war, daß alle Platten, die mit Frequenzen zwischen 45 und 55 Hz . arbeiten, diese Erscheinung nicht zeigen, und daß auch der AT 5000, der mit 17 Hz Betriebsfrequenz eine dritte harmonische von 51 Hz besitzt, recht gleichmäßig arbeitet. Bei einer Betriebs-frequenz von 40 Hz dagegen traten diese Ungleichmäßigkeiten sehr stark in Erscheinung. Offensichtlich war der Frequenzbereich von 45 bis 55 Hz in diesem Falle besonders günstig. Es ist allerdings daraus noch nicht abzuleiten, daß dies für alle rolligen Erdarten gilt; so könnte es z.B. von der wirksamen K,orngröße und der Kornver-teilung abhängen. Fest steht aber, daß in diesem Falle bei den Plat-- 9 -teri, die mit 40 Hz arbeit~n, ein beträchtlicher Teil der aufgewand-ten Energie nutzlos vertan wurde, und daß daher die Frequenz er-höht werden sollte. Selbstverständlich kann die Schwingungsmessung keine Aussagen Über die Güte der Verdichtungsleistungen machen, sondern es war Ziel der Untersuchungen, aus den auf anderem Wege gewonnenen Aussagen über die Verdichtungsleistungen der einzelnen Maschinen und den Schwin'-gungsmessungen eine Verbindung herzustellen. Zu diesem Zwecke wur-den in Besprechungen mit den an den Arbeiten beteiligten Kollegen der anderen Institutionen _(besonders FEK und Verkehrshochschule) entspre.chende Verknüpfungspurikte gesucht. Dabei wurde generell fest-gestellt, daß di.e Wirkung all der Maschinen als gut zu bezeichnen war, die im Boden Schwingungen von mehr als 150 Hz hervorrufen. ·Hier spielte die Frequenz anscheinend eine wichtigere Rolle als die Beschleunigungsamplitude. Durch die Messungen nicht geklärt ist da-bei allerdings, weshalb im Boden derartig verschiedene Frequenzen auftreten. Offensichtlich ist hier wohl die Aufschlaghärte maßgeb-lich; dies würde bedeuten, daß auch hierfür die Phasenlage von Bo-den- und Plattenbewegung einerseits und die Relativgeschwindigkeit der beiden gegeneinander andererseits entscheidenden Einfluß aus-üben. Das bedeutet, daß eine große Amplitud~ der Vibrationsplatte für gute Verdichtungsarbeit zwar notwendig aber noch nicht hinrei-chend ist, und daß die Betriebsfrequenz teilweise schon durch eine Veränderung um wenige Hz eine wesentliche Veränderung der Leistung bringen kann. Aus dem bisher gesagten folgen logisch die Ergebnisse für die Vi-brationswalzen. Diese können ja nicht vom Boden abheben, so daß eine Erregung höherer Frequenzen nicht möglich ist. Daraus folgt automatisch, daß auch die Verdichtungsleistung geringer werden muß, daß allerdings die Reichweite dieser Wellen geringerer Frequenz größer wird, also bei geringerer erreichter Dicht.e evtl. größere Tiefenwirkung zu erzielen ist. Selbstverständlich gelten die hier abgeleiteten Gedanken nur für Sande, die etwa den in Bräsinchen an-stehenden Erdstoffen entsprechen, bei Grobkies, Schotter oder auch Schluff können die Verhältnisse durchaus anders liegen. Ein weiteres Ziel der Untersuchungen war es, die Ausbreitung der elastischen Wellen im Boden zu messen. Es soll hier zunächst be-tont werden, daß diese Messungen nur ein erster Anfang sind, um ari dieses Problem heranzukommen, und daß sie zur Zeit keinen weiteren Einfluß auf die Entwicklung der Vibrationsverdichtungsmaschine neh-men können. Dies liegt daran, daß auf dem Maßgelände mit sehr star-- 10 -ken Reflexionen vom Qrundwasserspiegel her zu rechnen ist, die na-türlich eine Energieverteilung im Boden hervorrufen, die nur in diesem Spezialfall gültig ist. Generell wird das Abklingen der Am-plituden mit der Entfernung durch das Auftreten von Reflexionen aus dem Untergrund verringert, wenn dies auch im Einzelfall nicht immer zuzutreffen braucht. Außerdem 'handelt es sich bei d~esen Messungen nicht um ein stationäres Wellenfeld, sondern um dauernde Einzel-stöße mit Ausklingvorgang, so daß hier eine genaue Ablesung der wah-ren Beschleunigungsamplituden nicht mehr garantiert werden kann. Es sollen deshalb auch aus diesen Messungen keine Schlußfolgerungen ~ezogen werden, sondern nur einige Meßergebnisse dargestellt werden (Tabelle 2). - 11 -Tabelle 1 Die hauptsächl ich in den Boden übertragenen Schwingungen Gerät m/s2 Hz Betriebsfrequenz (Hz), Bemerkungen PV 40 128 250 4-5, scharfe Einzelstöße PV 25 4-1 135 50 SVP 12 27,4 200 55, scharfer Stoß, dann Ausklingen SVP 24 57,5 300 55, jeder zweite Stoß etwas schwächer SVP 31,5 55 150 39, sehr unterschiedlich, jeder zwei-:te Stoß schwach SVP 63 110 125 20, dazwischen schwache Sprünge außer-mittig, tatsächliche Frequenz an-scheinend 40 Hz BSD 30 36 , 6 50 20, jeder zweite Stoß abgeflacht AT 5000 87 330' 17 Walzen ABG 20 31 31, sin-Kurve mit leichten Spitzen Gattersl. 16,5 38,5 38,5 leicht verzerrte sin- Kurve Bei allen Platten ist ein reicher Anteil an Oberwellen der ver-schiedensten Frequenzen festzustellen. Dagegen sind die Meßkur-ven der Walzen verhältnismäßi g arm an Oberwellen. Die Angaben wurden in 50 cm Tiefe direkt unter den Verdichtungsgeräten ge-wonnen und beziehen sich auf die vertikale Schwingungskomponente. ~ ,1 __ ,. ., Tabelle 2 r~~· Verteilung der ' Schwingungen im Boden in der Umgebung ' ,. der Verdichtungsgeräte ; ;;.·~ m/s Maschine : Angabe~ . in für die bei jeder angegebene Haupt-~ ;: .. ,·_ <',( frequenz I'•' +3 ·-- m ~· +2 m +1 ·m. 0 m -1 m- -2 m -3m PV 40 (250 Hz) 50 cm 5,8 11,5 82 _,8 . 1,3 1,3 I 100 cm 1,7 6,3 14,2 63 3,6 3,1 2,3 150 cm 2,1 9,2 18,4· 26,6 12 2,5 2,9 . ~ .. , PV 25 (135 Hz) .:··, 50 C111 0,18 0,,9 3,6 41 8,2 0,8 2,3 100 cm 0,9 3,1 ,4,5 16 . 4,1 1,3 . 0,9 ·' 150 ·1 '1 2,9 7,5 12,5 9,3 1,5 0,8 ' cm ·. SVP 12 (200 Hz) 50 cm ),23 0,87 3,2 27,4 3,6 1,15 0,27 ' 100 Ctr. 0,27 1,7 5,1 13,5 4,5 2,14 0,45 150 cm 0,34 1,3 3,5 10 5,9 2,64 0,5 · . SVP 24 (300 Hz) 50 cm o; 72 1,8 57,5 11 2,6 0,86 t ~·~ ' 100 cm o, 13 1,15 4,5 28 12,5 3,7 1,4 . 150 cm 0,3 1,05 2,1 . 20 13,5 4,0 1,35 SVP 31,5 (150 Hz) 50 cm 0,36 0, 9 1,8 55 6,4 1 ,o 0,15 . 100 cm 0,57 3,2 9,9 2'1 9,9 1,4 0,43 150 cm 1,05 3,5 8,4, 21 13,5 4,0 0,66 ~VP 63 (125 Hz) 50 cm 0,91 23 110 7,3 1,8 0,6 ( . 100 cm 0,57 ' 2,7 . 11,7 63 8,1 2>7 0,85 150 cm 0,53 3,8 10 45· 12,6 5,9 3,14 BSD 30 (50 Hz) 50 cm 2,6 2,7 7,3 41 18,2 4,5 3,2 100 cm 3,1 3,6 6,3 36 12,6 5,0 3,4 150 cm 0,53 2,1 2,1 25 12,6 2,5 1,1 AT 5000 030 Hz) 50 cm 2,0 0,9 9,1 87 13,7 3,2 2,3 100 cm 2,6 4,3 7,1 57 27 4,5 4 ~ 7 150 cm 6,6 5,0 13,5 40 25 5,1 8,0 - 13-+3m +2 m +1 m 0 m -1 m -2 m -3 m Walze ABG (31 Hz) 50 cm 3,16 5,9 10 17,3 8,2 6,4 4,1 100 cm 5,4 5,9 '10 18,5 7,65 5,85 4,0 150 om 2,66 2,52 3,76 .8,0 3,8 2,5 1,86 Walze Gattersleben (38,5 Hz) 50 cm 2,30 5,46 15,5 15,5 8,2 5,9 3,62 100 cm 4,26 5,86 14,8 14,8 7,65 6,3 3,6 150 cm 1,86 2,52 5,87 5,87 3,37 2,3 1,6 In der Darstellung ist die Verteilung der Beschleunigungsamplitude in der Weise erfolgt, daß die mit positivem Vorzeichen versehenen Meßpunkte bereits von dem Verdichtungsgerät überquert sind, die , mit negativem liegen noch vor dem Gerät. In der Spalte links außen ist die jeweilige Tiefe des Meßgerätes angegeben. ..,...- -- --;-·- ----~--.. ,. . · .. / / 

Einige Ergebnisse von Messungen der Bodenschwingung bei Rüttelverdichtung

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/106057/1/Schriftenreihe_Wasser-Grundbau_Heft-13_A_01_Heidrich.pdf

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