Verdichtung mit Oszillationswalzen– Bewegungsverhalten, walzenintegrierte Verdichtungskontrolle und Verschleißbeurteilung
Die oberflächennahe Verdichtung spielt eine wesentliche Rolle bei der Errichtung zahlreicher Bauwerke des Ingenieurbaus, wie etwa von Dämmen, Straßen oder Bahntrassen. Das bevorzugte Verdichtungsgerät sind dabei dynamische Walzen, mit denen im Vergleich zu statischen Walzen zusätzliche dynamische Beanspruchungen in den zu verdichtenden Untergrund eingetragen werden, welche die Verdichtung deutlich effizienter gestalten lassen.
Für die Anregung dynamischer Walzen gibt es verschiedene Systeme, die sich hinsichtlich der Konstruktion aber auch der Wirkungsweise deutlich unterscheiden. Der am weitesten verbreitete Typ dynamischer Walzen sind Vibrationswalzen, gefolgt von Oszillationswalzen, die sich durch ihre deutlich geringere Erschütterungswirkung insbesondere für Arbeiten in sensiblen Bereichen wie auf innerstädtischen Baustellen eignen.
Da die Wirkung der Oszillationsverdichtung im Erdbau bisher weitgehend unerforscht war, initiierte die Firma HAMM AG ein gemeinsames Forschungsprojekt mit dem Institut für Geotechnik der TU Wien mit dem Ziel, das Bewegungsverhalten von Oszillationswalzen zu untersuchen, ein System zur Flächendeckenden Dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK) für Oszillationswalzen zu entwickeln, den Verschleiß des Walzmantels der Oszillationsbandage zu bewerten und zu reduzieren und die Oszillationsverdichtung im Allgemeinen zu optimieren.
Die genannten Ziele wurden im Dissertationsprojekt von Dr. Johannes Pistrol nicht nur in vollem Umfang erreicht, sondern deutlich überschritten. In experimentellen Untersuchungen wurde für das Bewegungsverhalten von Oszillationsbandagen die charakteristische Ausbildung einer Schwingung in vertikaler Richtung mit der doppelten Frequenz der Anregung identifiziert. Auf Grundlage dieser Untersuchungen und der Entwicklung eines semi-analytischen Simulationsmodells wurde das weltweit erste FDVK-System für Oszillationswalzen an der TU Wien erdacht, zum Patent angemeldet und bis zur Marktreife entwickelt. Damit wurde ein Problem gelöst, das während der vergangenen 20 Jahre als unlösbar galt, wodurch nun dieKontrolle der Verdichtung mit Oszillationswalzen als Verdichtungs- und gleichzeitig Messgerät arbeitsintegriert und flächendeckend möglich ist.
Für die Lösung der Verschleißproblematik wurde ebenfalls ein messtechnisch erfassbarer Kennwert entwickelt und patentiert, der die Bewertung der Kontaktbedingungen zwischen der Bandage der Oszillationswalze und dem Untergrund zulässt. Darüber hinaus wurde für numerische Simulationsberechnungen eine Verschleißenergie als Referenzgröße zur Quantifizierung des Bandagenverschleißes definiert. Durch die Beurteilung der Verschleißenergie im Zusammenhang mit der Verdichtungswirkung wurden Empfehlungen für die optimale Auslegung der Oszillationsverdichtung hinsichtlich der Maschinen- (Verteilung der Massen, Trägheiten etc.) und Prozessparameter (Erregerfrequenz, Amplitude der Anregung etc.) gegeben.
Im Zuge der experimentellen Untersuchungen wurde zudem die deutlich geringere Erschütterungswirkung der Oszillationswalzen im Vergleich zu Vibrationswalzen erstmals nachgewiesen.
Die Arbeit von Dr. Johannes Pistrol ist für die dynamische Verdichtung mittels Oszillationswalzen wegweisend und hat zudem einen Optimierungsbedarf für FDVK-Systeme an Vibrationswalzen aufgezeigt, der nun in einem weiteren Drittmittelforschungsprojekt an der TU Wien untersucht werden soll.