LeichteRammsondemit variabler Rammenergie Prüftechnik

Verfasseranschriften:Dipl.-Geol.U.Blume,Bundesanstaltfür Straßen-wesen,Referat"Erdbau,Mineralstoffe",Brüderstraße53,51427BergischGladbach,blumeu@bast.de;Dipl.-Ing.H.Reichenbach,SmoltczykEtPartnerGmbH,UntereWaldplätze14,70569Stuttgart,Reichen-bach@SmoltczykPartner.de

1 Einleitung

leichte Rammsondemit variabler

Rammenergiezur BaugrunduntersuchungundzurVerdichtungskontrolleUrsulaBlume und Hartmut Reichenbach

Die französische Panda-Sonde ist ein Prüfgerät zur Bodenuntersuchung und Verdichtungskontrolle. Im Unter-schied zu den Rammsondenmit konstanterRammenergiegemäß DINEN 22476 wirddie Rammenergiebeiderpanda-Sonde variabel durch Hammerschläge erzeugt. Wegen des relativ geringen Energieeintrages wird eine

detaillierte Auflösung der durchteuften Bodenschichten erreicht. Außerdem ist die Sonde aufgrund ihrer ge-ringen Abmessungen und ihres geringen Gewichtes auch zur Untersuchung schwer zugänglicher Gelände-

punkte, für Hinterfüllungen, in Rohrgräben sowie für horizontale Untersuchungen geeignet. In Frankreich istdie Rammsondierung mit variabler Energie seit dem Jahr 2000 in der XP P 94-105 "Überprüfung der Ver-dichtungsqualität - Methode mit dynamischer Rammsondierung mit variabler Energie" genormt. Der Beitrag

beschreibt das generelle Messprinzip und die Vorgehensweise zur Verdichtungskontrolle gemäß der französi-schen Norm. Erste positive Ergebnisse bei der Verdichtungskontrolle in Deutschland, wo die Panda-Sonde bis-lang vorwiegend für Eigenüberwachungsprüfungen bei Leitungsgrabenverfüllungen eingesetzt wurde, werden

beispielhaft beschrieben. Schließlich werden Möglichkeiten zur Adaption in das deutsche Straßenbauregelwerkdargelegt und der hierfür noch erforderliche Forschungsbedarf erläutert.

The French Panda is a lightweight dynamic cone penetrometer which uses variable energy and can be usedboth for site investigation and compaction control. Compared to dynamic cone penetrometers with a constantenergy according to DIN EN 22476, the energy input for the Panda is provided by the blow of a hammer.The dynamic cone resistance and the depth of cone penetration are calculated for each blow of the hammer

by a microprocessor by using the "Dutch formula': Because of the small energy input, the soillayers can beexamined in detail. Du~to its small size and light weight, the penetrometer is especially useful where access isrestricted, for backfills, in trenches and for horizontal investigations. In France, the application for the measuring

of compaction quality is standardized since 2000 in the XP P 94-105. The article describes the general princi-pie of the penetrometer and the procedural method of compaction control according to the French standard.The first positive experiences in using the Panda for the compaction control in Germany, mainly for the inter-nal quality control of miminal trenches, are exemplified. Finally,the possibilities for the adaption in the Germanbody of rules and regulations for road construction and the requirements for further research are outlined.

Im Unterschied zu den Rammsonden mitkonstanter Rammenergie gemäß DIN EN22476 wurde in Frankreich eine leichteRammsonde (Panda-Sonde: PenetrometreAutomatiqueNumeriqueDynamiqueAssistepar ordinateur) entwickelt, bei der dieRammenergie variabel durch Hammer-schläge erzeugt wird (Bild1).Diese Sondekann zur Baugrunduntersuchung und zurVerdichtungskontrolleeingesetztwerden.Die variable Rammenergie und die Ein-dringtiefe pro Hammerschlag werden miteinem mobilen Datenlogger aufgezeichnetund ausgewertet. Durch den relativ gerin-gen Energieeintrag zeigt das Sondierdia-gramm eine hohe Auflösung der unter-suchten Schichten.

Die Verdichtungskontrollemit der Panda-Sonde wurde im Jahr 2000 mit der NormXPP 94-105 [1]in das französischeRegel-werk aufgenommen. Das Messprinziphatseither eine ständige Weiterentwicklungzur Erhöhung der Messgenauigkeitund füreine vereinfachteAnwendung zur compu-tergestützten Verdichtungskontrolle undBaugrunduntersuchungerfahren.

2 Anwendungsgebiete und -grenzen

Die Panda-Sonde kann sowohl zur Bau-grunduntersuchung als auch zur Verdich-tungskontrolle eingesetzt werden. DasSondiergerät kann in einem Koffer ver-staut und transportiert werden. Im Ge-samtgewicht von ca. 20 kg ist das erfor-

Tiefenmessung

Bild 1: leichte Rammsondemit variabler Ramm-energie

StraßeundAutobahn 1.2008 5

,~. Prüftechnik Leichte Rammsondemit variabler Rammenergie

1]..:..: ./1/::::i:::::::~ -2

II

)

ou

1 Vortriebsgerät (Hammer oder Rammbär)2 Messsensor zur Ermittlung der eingebrachten

Energie3 Messsensor für:

- Eindringtiefe der Spitze pro Schlag bzw.- Erreichte Tiefe der Sondenspitze

4 Gestängeführung5 Gestänge mit Steckverbindung für (7)6 Fest montierte Sondenspitze7 Verlorene Sondenspitze

II

rI

Bild2: Schematische Darstellung der leichtenRammsondemit variablerRammenergie

derliche Zubehör für Sondierungen bis zueiner maximalen Tiefe von 5,0 m enthal-ten. Die Abmessungen und das geringeGesamtgewicht erlauben auch Untersu-chungen an Punkten, die für andereMess-geräte schwer zugänglich sind. Beispielehierfür sind Verdichtungsmessungen inLeitungsgräben und Hinterfüllungen vonBauwerken sowie Baugrunduntersuchun-gen von schwer zugänglichem Gelände,z.B.von steilen Böschungen.Der Energie-eintrag durch Hammerschläge ermöglichtsogar horizontale Baugrunduntersuchun-gen z.B. in Tunnelwandungen. Mit diesenFunktionen eignet sich die Panda-Sondebesonders für Untersuchung im Straßen-und Eisenbahnbau sowie im Damm- undDeichbau. Das Sondiergerät kann voneiner Person transportiert und bedientwerden.Eine begrenzte Anwendung ergibt sichbeim Einsatz der Sonde zur Untersuchungstark bindiger Böden durch die erhöhteMantelreibung. Dies wird durch Drehungdes Gestängesum 3600nach jeder Verlän-gerung um 0,5 m überprüft.Wenn das Ge-stänge manuell nicht mehr gedreht wer-den kann, ist die Sondierung abzubrechen.Es ist möglich, das Abbruchkriteriumdurch einen maximalen Drehmoment ex-akt zu definieren und mit einem Dreh-momentschlüsselzu überprüfen.

6 StraßeundAutobahn1.2008

------

Vom Hersteller wird die Anwendungs-grenze für nichtbindinge Böden mit einermaximalen Korngrößevon ca. 70 mm an-gegeben. Bei Vergleichsuntersuchungenim Großversuchsstandder Bundesanstaltfür Straßenwesen wurde ein Quarzit derKörnung 0/45 mm mit einer Proctordichtevon Dpr= 108% eingebaut. Bei den an-schließend durchgeführten Sondierungenmit der Panda-Sonde wurde hier die Ober-grenze des händisch möglichen Energie-eintrages erreicht.

3 Allgemeine Verfahrensbeschreibungund Ermittlung des Spitzenwider-standes qd

Bei der Rammsondierung mit der Panda-Sonde wird ein Sondiergestänge (d =14 mm) mit einer Sondenspitze von d =16mm (NennquerschnittsflächeF = 2 cm2)oder d = 22,6 mm (F = 4 cm2)mit einemSchlaghammer in den Boden getrieben(Bilder 1 und 2). Die Energie sollte sovariiert werden, dass ein Vortriebvon ca.0,1 cm bis 2,0 cm pro Hammerschlag er-zielt wird.Anders als bei den bekannten Rammson-diergeräten mit konstantem Energieein-trag ist die manuell durch HammerschlägeeingebrachteEnergiebei der Panda-Sondeveränderlich. Für jeden Hammerschlagwird daher die eingebrachteEnergie durcheinen auf dem Amboss installierten Deh-nungsmesssensor und die Eindringtiefeder Sondenspitze mit einem Bandmessge-rät ermittelt. Beide Messwertewerden mit

Bild 3: Penetrogrammeiner Rammsondierungmit variabler Energiezur Baugrundunter-suchung (bindigeBöden,4-cm2-Spitze)

0.0 1.0 2.0

I ~ 0.200m Au1IQllung2[B] 1.200m SChlu1l.t.,..welch

3cg 1,100m SChlu1l.~S.Drellg40 0.550m Schlu1l.~welch5m 0.700m SChlu1l.,..tx>rng

einem Handterminal mit Mikroprozessoraufgezeichnet. Aus den ermittelten zweiMessgrößen "eingebrachte Rammenergie"und "Eindringtiefe" wird anschließendmittels der sogenannten "HolländischenRammformel" (Cassan [2]) der dynami-sche Spitzenwiderstand qd der Sonde inder jeweiligen Tiefe für jeden Hammer-schlag errechnet und gespeichert. Der er-mittelte Spitzenwiderstand und die Ein-dringtiefe der Sonde werden sofort digitalauf dem Display des Handterminals ange-zeigt. Optional kann die Anzeige eines Pe-netrogrammes (Rammdiagrammes) mit derDarstellung des Spitzenwiderstandes überdie Tiefe gewählt werden.Zur weiteren Bearbeitung und zum Aus-druck der Penetrogramme werden die Da-ten anschließend auf einen PC übertragenund über ein gerätespezifisches Auswerte-programm als Rammdiagramm (Spitzen-widerstand über die Tiefe) visualisiert. Er-gänzend können zusätzliche Informatio-nen zur Klassifikation des Bodens bzw. der

Geologie, zur Schichtdicke und zum Was-sergehalt eingegeben werden (Bild 3).Bei Rammsondierungen wird der dynami-sche Spitzenwiderstand qn gemäß der so-genannten "Holländischen Rammformel"[2] ermittelt. Für die Rammsondierung mitvariabler Energie wurde diese Formel fol-gendermaßen modifiziert:

Mq -E-

n - A e' ( M + P )mit

qn dynamischer Spitzenwiderstand [MPa]E Gesamte in das System eingebrachte Energie

[kJ]M Fallmasse des HammersiRammbärs [kN]

~Cona resistanca (MPa) I ~

'03.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 I GI

,,'

Geology legend6[::3 1,1oomSthIUIf,g(Tst,Mst)708090100

=

LeichteRammsondemit variabler Rammenergie Prüftechnik

A Querschnittsflächeder Sondenspitze[m2]e' plastischeEindringtiefepro Schlag[m]P Gesamtmassevon Amboss,Sondiergestänge

und -spitze[kN].

Für die Anwendung dieser Formel wirdangenommen dass:

der Untergrund während der Sondierungideal- plastische Eigenschaften aufweistdie gesamte eingebrachte Energie aufdie Sondenspitze übertragen wird

- die Mantelreibung zwischen dem Bohr-gestänge und den Bodenschichten ge-ring ist.

4 Baugrunduntersuchung

Bei Einsatz der Panda-Sonde zur Bau-grunduntersuchung können die Boden-schichten anhand ihrer unterschiedlichenDichte und damit unterschiedlichen Spit-zenwiderständen voneinander abgegrenztwerden (Bild 3). Nach der Datenübertra-gung vom Mikroprozessor auf den PCkönnen mit der entsprechenden SoftwaretopografischeHöhenangaben ergänzt wer-den. BeiNeuerkundung empfiehlt sich dieKalibrierung der Sondierungen mittels ei-nes Schurfes oder einer (Klein-)Bohrungzur Vervollständigung des Penetrogram-mes durch Eintragung von Bodenprofilund Grundwasserspiegel.Für die Untersuchung von bindigen Bödenwird vom Herstellerder Einsatz der verlo-renen Spitze mit einer Fläche von 4 cm2empfohlen, da diese im Vergleichzur Spit-ze mit 2 cm2 eine größere Differenz zumGestängedurchmesser und dadurch einegeringereMantelreibung aufweist.Im Bild 3 ist das Rammdiagramm einerPanda-Sondierung dargestellt,die im Zugeder Baugrunderkundung für den Neubaueines Fußgängersteges durchgeführt wur-de. Die Bodenansprache basiert auf demAufschluss einer unmittelbar benachbar-ten Kleinbohrung. Im Rammdiagrammdeutlich zu erkennen ist der geringe Son-dierwiderstand in der breiigen Schichtzwischen 1,5 mund 2,3 m Tiefe. Danachist dann allerdings auch der Einfluss derMantelreibung zu erkennen, der sich

durch die gleichmäßigeZunahmedes Son-dierwiderstandes zur Tiefe hin darstellt.Dieser Mantelreibungseinfluss ist bei derVerdichtungskontrolle, wo breiige oderweiche Böden ohnehin nicht eingebautwerden, nicht mehr zu erkennen.

5 VerdichtungskontrollegemäßfranzösischerNormung

5.1 Allgemeines

Die Verdichtungskontrolle mit der Panda-Sonde ist ein indirektes Messverfahren,

das nach Einbau aller Schichtlagen ange-wendet wird. In der französischen NormXP P 94-105 [2] werden drei verschiedeneVorgehensweisen unterschieden:

Funktion A: Abschätzung der Schichtla-gendicke

Funktion B: Überprüfung des vorgegebe-nen Verdichtungsgrades

Funktion C: Überprüfung der gemessenenVerdichtung mit der einesReferenzfeldes.

In allen Fällen wird die fest mit dem Ge-

stänge verschraubte Sondenspitze mit ei-ner Querschnittsfläche von 2 cm2 einge-setzt. Der Einfluss der Mantelreibung ist,wie im Abschnitt 2 erläutert wurde, zuüberprüfen.

5.2 FunktionA: AbschätzungderSchichtlagendicke

Die Vorgehensweise stimmt prinzipiell mitder Untersuchung des Baugrundes (sieheAbschnitt 4) überein. Parallel zur vonoben nach unten abnehmenden Verdich-

tung jeder Schichtlage nimmt auch derEindringwiderstand von oben nach untenab. Schichtgrenzen können so anhand derunterschiedlichen Eindringwiderständeober- und unterhalb der Schichtgrenze de-finiert und so die Schichtlagendicken er-mittelt werden. Durch den Vergleich mitden Anforderungswerten an die maximaleDicke der Einbaulagen können eventuelleAbweichungen erkannt werden.

5.3 Funktion B: ÜberprüfungdesvorgegebenenVerdichtungsgrades

Die einzelnen Schüttlagen werden mit derPanda-Sonde durchteuft und das Ergebnisals Rammdiagramm dargestellt. Abhängigvon Boden, Verdichtungsanforderung undvorgeschriebener Schichtdicke werden zu-sätzlich ein charakteristischer unterer

Grenzwert des Spitzenwiderstandes (<ü)und ein Referenzwert des Spitzenwider-standes (qR)abgebildet (Bild 4). Für häufigvorkommende Bodenarten und Baustoffewurden in Frankreich material- und ver-

dichtungsabhängige Vergleichskurven von<üund qRentwickelt. Die gerätespezifischeSoftware ermöglicht die Auswahl einer je-weils typischen Grenz- und Referenzkur-ve. Diese beiden Kurven berücksichtigendie in den französischen Verdichtungsan-forderungen übliche Unterscheidung desgeforderten mittleren Verdichtungsgradesinnerhalb einer Einbaulage und des zuläs-sigen Mindestwertes an der Basis der Ein-baulage. Ein komplexes Beurteilungssche-ma berücksichtigt sowohl die maximaleSchichtlagendicke als auch die erforder-liche Verdichtung. Damit wird die Qualitätund Quantität der außerhalb des Toleranz-

bereiches liegenden Messungen, d. h. derMesswerte, die unterhalb des unteren

Grenzwertes (<ü)liegen, beurteilt. Mit Hilfedieses Beurteilungsschemas wird die ge-messene Verdichtung der untersuchtenSchichtlage entweder akzeptiert oder ab-gelehnt.Für die qualitative Überprüfung des vor-gesehenen Verdichtungsgrades ist eine Ka-librierung der Grenz- und Referenzlinienerforderlich.

Die Kenntnis der Tiefenlage der oberenund unteren Verfüllzone einschließlich der

Schichtdicke der eingebauten Bodenart,der Konsistenz des Bodens und die gestell-ten Verdichtungsanforderungen ermögli-chen es, Toleranzbereiche durch eine Refe-

renz-(qR) und eine Grenzlinie (qL) zu be-stimmen. Die Referenzlinie ~ (Bild 4, grü-ne Linie) entspricht der geforderten mittle-ren Verdichtung der Schicht, die Grenzli-nie qL (Bild 4, rote Linie) entspricht der

CO im Strassen bau - was nun?2 www.kaltrec~cling.de

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StraßeundAutobahn 1.2008 7

Prüftechnik LeichteRammsondemit variabler Rammenergie

Bild 4: Darstellung derMesskurveund des

Grenzwertes(ql; rot)und Referenzwertes

(qR;grün) des Spitzen-widerstandes

""

E0.400\,J

.c: 0."00

~a 0.000

1,0

geforderten Verdichtung an der Unterseiteder Einbaulage, die nicht unterschrittenwerden darf. Im oberen Bereich haben dieReferenz- und Grenzlinien ein Gefälle,dasdie Abminderung durch die oberflächen-nahe Auflockerung infolge der Sondie-rung berücksichtigt. Unterhalb einer be-stimmten Grenztiefe, "kritische Tiefe" (zc)genannt, verlaufen die Linien theoretischkonstant vertikal, das Material wird durchdie Sonde also nicht mehr aufgelockert.Abweichungen der Messkurve von dieserIdeallinie entstehen durch die Inhomoge-nität des untersuchten Bodens.Die Referenzlinie kann bestimmt werden,weil eine Beziehung zwischen dem Ver-dichtungsgrad Dpr und dem dynamischenSpitzenwiderstand existiert. PraktischeUntersuchungen [3] resultierten in einem

Bild5: DarstellungderkritischenTiefesowieder Spitzenwiderständean der Oberflächeundin der Tiefe

::[0.40.eCDF 0.50

8 Straße und Autobahn 1.2008

10.00

0.10

0.20

0.30

Cone resistance (MPa)

2,0 5,0 10,0 20,0 50,0

GW103%OPN

3%

?3W100%OPN

3%

SE97%OPN

3%

-~ ~. ~

Modell, durch das für einen homogenenUntergrund der Bezug zwischen Spitzen-widerstand und Tiefe bei einem definierten

Verdichtungsgrad hergestellt wurde. Fürgleiche Bodenkennwerte und gleichenVerdichtungsgrad ergeben sich konstanteWerte für zc' qdl und qd2mit:

qdl Spitzenwiderstand an der Oberflächeqd2Spitzenwiderstand der kritischen Tiefe

oder Oberflächeneinflusstiefe; maxi-maler Spitzenwiderstand für ein be-stimmtes Material und einen bestimm-

ten VerdichtungsgradZc kritische Tiefe, gemessen von der Son-

dieroberfläche bis zum maximalen

Spitzenwiderstand.

Das Bild 5 verdeutlicht diesen Zusammen-

hang.

2

Spitzenwiderstand [MPa]3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 5060

- - - - -.. - - - '"

0.60

--- - ~ - - - - ----, '

I .! I ,

- _.-- - - - -,- - - - - -; - - -.- -; - -7 - - - - ~- - - - ~.. - --

,. ,

. qdt:. . . .Spitz~~wid~l:$tand .i;Jn.det Qberfläche

qd2: Spitzenwiderstand in der' kritischen Tiefe__ _ _._~.. _ .. ~.. _.1 _ .1 .. _l .!._ _ _ __ ...J___

Zc: Kritische Ti~fe: : '; .

0.70

0.80

0.90

Auf Grundlage dieser Erkenntnis wurdenfür die französischen Standardböden Durch-

schnittswerte für qdl' qd2 und Zc bei ver-schiedenen Verdichtungsgraden und un-terschiedlichen Wassergehalten bestimmt.Hierdurch können die jeweils spezifischenReferenz- und Grenzlinien konstruiert und

im Penetrogramm der Toleranzbereich unddie Lage der Sondierkurve zu diesem Tole-ranzbereich dargestellt werden.

5.4 FunktionC: ÜberprüfungdergemessenenVerdichtungmit der einesReferenzfeldes

Bei dieser Methode wird für jeden zu über-prüfenden homogenen Bereich ein Refe-renzfeld mit den gleichen Materialien,Schichtlagendicken und Verdichtungs-übergängen angelegt. Für jeden Material-und Schichtlagenwechsel ist der Verdich-tungsgrad Dpr und der Wassergehalt derjeweiligen Schicht zu bestimmen. An-schließend wird eine Sondierung im Refe-renzfeld durchgeführt und mit den Pene-trogrammen des zu überprüfenden Berei-ches verglichen. Die Verdichtung gilt alsausreichend, wenn diese Penetrogrammeinnerhalb der Hüllkurve der Spitzendruck -kurve des Referenzfeldes liegen.

6 Vorgehensweisezur Verdichtungs-kontrolle mit der Rammsondemit variablerEnergiein Deutschland

Prinzipiell ist eine Übernahme der Ver-dichtungskontrollegemäß der FunktionenBund C der französischen Normung aufdeutsche Verhältnisse nach Anpassungdenkbar. Die Verdichtungskontrolle ent-spricht dem Prinzip der "indirekten Prüf-verfahren" gemäß ZTVE-StB.

Für das Verfahren in Anlehnung an"Funktion B" der französischen Norm XPP 94-105 (Abschnitt6.3)sind Bewertungs-kriterien für den gemessenen Spitzenwi-derstand qd festzulegen. Die vom Geräte-hersteller entwickelten Grenz- und Refe-renzlinien sind daraufhin zu überprüfen,in welchemRahmendie in den ZTVE-StBfestgelegten Anforderungen eingehaltenwerden,und eventuell entsprechend anzu-passen. In Anlehnung an französische Er-fahrungen können Baustoffgemische biszu einer Körnung von 0/56 mm unter-sucht werden. Mit dieser Methode könnendann nach der Ermittlung eines Bewer-tungshintergrundes schnelle, bedienungs-freundliche, einfache und manipulations-sichere Eigenüberwachungs- und Kon-trollprüfungen durchgeführt werden. Zur

LeichteRammsondemit variabler Rammenergie Prüftechnik

Untersuchung und Festlegung der erfor-derlichen Parameter besteht allerdingsnoch Forschungsbedarf.Die Verdichtungskontrolle gemäß "Funk-tion C" (Abschnitt 6.4) entspricht vomGrundsatz der Vorgehensweise bei Kali-brierung eines indirekten Verdichtungs-merkmals, die in den ZTV E-StB [4] undden TP BF-StB Teil E4 [5] beschrieben ist.

Vor Beginn der Prüfarbeiten ist durch Ka-librierversuche der Zusammenhang zwi-schen dem Rammsondierergebnis mit va-riabler Energie und dem in der Leistungs-beschreibung angegebenen Anforderungs-wert zu ermitteln. Dieses Prinzip kannschon jetzt für Prüfzwecke eingesetzt wer-den, ggf. sind Untersuchungen zur Festle-gung der Anwendungsgrenzen erforder-lich.

7 Baupraktische Erfahrungen beiVerdichtu ngskontrollen

Bei der Smoltczyk 8: Partner GmbH,Stuttgart, wird die Panda-Sonde seit 2006auf ihre Anwendungsmöglichkeiten inDeutschland erprobt. Hierbei wurde dieSonde in einer großen Bandbreite vonBöden und Verfüllbaustoffen eingesetztund, soweit möglich, Vergleiche mit den inDeutschland bisher üblichen Prüfverfah-

ren durchgeführt. Einige Beispiele für denEinsatz der Panda-Sonde bei Verdich-

tungskontrollen werden nachfolgend vor-gestellt.

Cone resistance (MPa)

1.0 5.0 20.010.0

""'

E ".Goo~

.c:-t."Q.GI 2.000

Q

o.soo -~..~......

. . .. . ,. . .r ...., . .

m.~_.. m.~... ;.1 :

2.t500

3.000

. . . .. . . .~-- \.... --.,..--.-- -....: : . ~ :: : J : :. . . .. . .

3.500 -......-.......

Bild 6: Rammdiagrammin einer Kanalgraben-verfüllung, BodengruppeTM

Im Bild 6 ist eine Sondierung dargestellt,mit der die Verdichtung einer Kanalgra-benverfüllung geprüft wurde. Als Verfüll-material wurde ein stark verwittertes Ton-

steinmaterial (Gipskeuper) verwendet, dasmit 1,2 % Weißfeinkalk behandelt worden

war. Nach seinen Plastizitätsgrenzen istdas Material als mittelplastischer Ton TMzu klassifizieren. Anhand einer Probever-

dichtung und in Anlehnung an die Refe-renzlinien für einen Verdichtungsgrad von

Dpr ~ 95 % wurde hier für die Verfüllung

eine Anforderung an den Spitzenwider-stand der Panda-Sondevon qd ~ 5,7 MPafestgelegt. Aus dem Rammdiagramm imBild 6 sind anhand des Sägezahn-Profilsdeutlich die einzelnen Einbaulagen zu er-kennen. Ebenso deutlich erkennt man,dass mit dem Überschreiten der Lagendi-cke von 40 cm der Sondierwiderstand an

der Unterseite der Einbaulagen den gefor-derten Wertvon qd~ 5,7 MPaunterschrei-tet (grüne Linie). So konnte während derEinbaukontrollenjeweils unmittelbar nach

Spitzenwiderstand q. (MPa)

SChlagzahl ~oo 10 20 30 40 50 60 70

0,0

Spitzenwiderstand q. (MPa)

o 10 20 30 40 500,0

0,5

1,0Sondiertieferml

0,5

1,0Sondiertieferml

Messwerteder Sondierungen - RammsondierungDPL-5:- SchlagzahlN10 der SondierungDPL-5 berechneterSpitzenwiderstand- SpitzenwiderstandPANDA - RammsondierungPANDA:

Mittelwerte Ober 10 cm

Bild7: VergleichderRammdiagramme;PANDAundDPL-5

StraßeundAutobahn1.2008 9

I'I;;i<"

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--5

II

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\

Prüftechnik Leichte Rammsondemit variabler Rammenergie

Abschluss der Sondierung vor Ort dasPrüfergebnis mitgeteilt und eine Ände-rung des Arbeitsverfahrens (geringereSchichtdicken) und eine Nachbesserungder Leistung veranlasstwerden.Der Zeitaufwand für eine Sondierung vonca. 3 m Tiefe belief sich hier auf ca. 15bis20 Minuten, einschließlich Umsetzen zwi-schen den Prüfpunkten.Bei Leitungen mit geringerer Überdek-kung, wie z. B. in der Gas- oder Wasser-versorgung, werden die Gräben in der Pra-xis häufig mit Frostschutz- oder Trag-schichtmaterial verfüllt. Auch bei diesen

Materialien konnten gute Erfahrungen mitder Panda Sonde gemacht werden. Wiedas Beispiel im Bild 7 zeigt, konnte eineGrabenverfüllung mit einem sandigenKies bis zu 80 mm Größtkorn bis zu einer

Tiefe von 0,7 m geprüft werden. Der Zeit-aufwand für die Panda-Sondierung wardabei vergleichbar mit dem Aufwand fürdie leichte Rammsonde DPL-5. Im Bild 7

sind die Rammdiagramme der Panda-Son-dierung im Vergleich zur herkömmlichenRammsonde DPL-5 dargestellt. Hierbeizeigt sich die hohe Auflösung der Messun-gen mit der Panda-Sonde gegenüber derSchlagzahl N10' Im rechten Diagramm istder Mittelwert des Spitzenwiderstandesder Panda-Sonde über jeweils 10 cm auf-getragen (rote Linie) und als blaue Linie istder Spitzenwiderstand der DPL-5 darge-stellt, der aus der Schlagzahl N10 nach der"Holländischen Rammformel" [1] errech-net wurde. Der Vergleichzeigt, dass trotzder unterschiedlichen Querschnittsflächender Sonden bereichsweise ähnliche Spit-zenwiderstände errechnet werden. In der

Tiefe von 0,4 m bis 0,5 m ist erkennbar,dass durch die 2,5-fache Querschnittsflä-

,I

I.1',11

I,.j

I,

Bild8: Prüfung in STS0/45: VergleichPANDAund DPL-5und Refe-renzlinienfür die gefor-derte Verdichtung

o0,0

Spitzenwiderstand CI.(MPa)

Schlagzahl N1010 20 30 40 50

0,5

che der DPL-5-Spitze gegenüber der Pan-da-Sonde großkörnige "Hindernisse" zuhohen Schlagzahlen führen, die jedochkeine Relevanz für die Beurteilung desVerdichtungszustandes haben.Ähnliche Ergebnisse wurden auch auf eineranderen Baustelle erzielt, bei der die Ver-füllung aus einem Schottertragschicht-Material STS 0/45 mm bestand. Hier istder über 10 cm gemittelte Spitzenwider-stand der beiden Sondentypen Panda undDPL-5 weniger von einzelnen großen Stei-nen beeinflusst und die beiden Linien ver-

laufen nahezu übereinstimmend (Bild 8).Die Diagramme zeigen wieder die deutlichbessere Auflösung der Panda-Messungen,sodass die Schichtgrenzen der Einbaula-gen bei 0,3 mund 0,5 m Tiefe erkennbarwerden. Mit Hilfe der grünen Referenzlinieim rechten Diagramm im Bild 8 lässt sichder erreichte Verdichtungsgrad den ge-stellten Anforderungen gegenüberstellen.Es ist zu erkennen, dass jeweils an der Ba-sis der Einbaulagen der Verdichtungsgradgeringer wird und die grüne Referenzlinieunterschreitet. Die rote Linie, die eine drei-prozentige Abweichung nach unten dar-stellt (sog. Toleranzbereich), kann genutztwerden, um das Maß der Unterschreitungin Bezug zum geforderten Verdichtungs-

grad von Dpr = 100% gemäßZTVE-StBabzuschätzen. Betrachtet man die Frost-schutzschicht zwischen 0,3 mund 0,5 mTiefe, kann der mittlere Verdichtungsgradin der Schichtauf etwa 99% geschätztwerden, an der Basis der Schicht wird die97-0f0-Liniegerade noch unterschritten.Bei einem weiteren Bauvorhaben wurde

die Verfüllung einer Baugrube unter einemgeplanten Lebensmittelmarkt bzw. unterden zukünftigen Parkplätzen geprüft. Die

SpiIzerWdersIan CI.(MPa)

o0,0

10 20 30 40 50

0,5

1,0' . , . , , , , . " 1,0SondieItiefeIm! Sondiet1ieIeIm!

MesswertederSondierungen - RammsondierungDPl-5:- Schlagzahl N10der Sondierung DPl-5 berechneter Spitzenwiderstand- Spitzenwiderstand PANDA - RammsondierungPANDA:MiIIeMerteOber10 cm

10 Straße und Autobahn 1.2008

Baugrube wurde mit Beton-Recycling-Material einer Körnung dlD = 0/60 mmverfüllt. Die Panda-Sondekonnte bis zur

Sohle der verfüllten Baugrube von ca. 2,0m abgeteuftwerden und lieferte durchwegbrauchbare Ergebnisse und damit auchHinweise auf Schwachstellenin der Ver-

dichtung, die anschließendnachgebessertwurden.

Die bisherigen Erfahrungen beim Einsatzder Panda-Sondeauf verschiedenenBau-

stellen, zeigen, dass die Panda-Sonde inallen einbaufähigen Böden und den üb-lichen Baustoffen desErd-, Tief- und Stra-ßenbauseinsetzbarist.

Ein großer Vorteil der Sondeist die sofor-tige Verfügbarkeit der Sondierergebnisseauf dem Bildschirm des Messgerätes.Diein der Auswerte-Software der Sonde ent-haltenen Referenz- und Grenzlinien kön-nen eine Hilfestellung bei der Bewertungdes erreichten Verdichtungsgrades geben.Die Referenz-bzw. Grenzlinien müssenfür

eine allgemeine Anwendung in Deutsch-land jedoch noch verifiziert werden. Der-zeit ist zu empfehlen, für konkrete Bau-vorhaben Probeverdichtungen bzw. Kali-brierversuchedurchzuführen und auf die-

ser Grundlage die Sondierergebnissezuinterpretieren.Des Weiteren haben die Erfahrungen ge-zeigt, dass eine unzureichende Verdich-tung häufig auf eine zu große Schüttla-gendickezurückzuführen ist. DiesesQuali-tätskriterium kann mit der Panda-Sonde

sehrgut überprüft werden.Durch die hoheAuflösung der Messung (Ld.R.ein Mess-wertje 0,1 cm bis 2,0 cm)ist es auch mög-lich, kleinere Schwachstellender Verdich-tung an der Basis der Einbaulagen zu er-kennen und durch eine Anpassung der

Cone resistance (MPa)

1,0 2,0 50.05.0 10,0 20.0

GW103~

3"-

rp

-F-öI

;!I

/'=

J

"

"-

)/ I

V............

I

f"'",

LeichteRammsondemit variabler Rammenergie Prüftechnik

Schüttlagendicke oder die Wahl schwererVerdichtungsgeräte gegenzusteuern. DiePanda-Sondeist also insbesonderebei der

Festlegung des Arbeitsverfahrens und inVerbindung mit der PrüfmethodeM3 nachden ZTV E-StB eine qualitätssteigerndeErgänzung der bisher üblichen Prüfver-fahren.

8 Zusammenfassungund Ausblick

Die französische Panda-Sonde ist einPrüfgerät zur Baugrunderkundung undVerdichtungskontrolle. In Frankreich istdie Rammsondierung mit variabler Ener-gie seit dem Jahr 2000 in der XP P 94-105genormt. Hier wurden schon umfang-reiche positive Erfahrungen beim Einsatzdieses Gerätes gewonnen. Wie im Beitragbeschrieben, wurden auch in Deutschlanderste gute Erfahrungen gesammelt.Der Untersuchungsaufwand mit der Pan-da-Sonde ist vergleichbar mit dem einerleichten Rammsondierung. Die Panda-Sonde liefert jedoch zusätzliche und de-tailliertere Informationen und ist flexiblereinsetzbar,z.B. für horizontale Rammson-

dierungen und zur problemlosen undschnellen Untersuchung auch von schwerzugänglichen Geländepunkten. Die Unter-suchungstiefe ist auf ca. 5,0 m begrenzt.Für den Einsatz der Panda-Sonde zur Ver-

dichtungskontrolle sind Grenz- und Refe-renzlinien entsprechend der deutschenKlassifizierung für Böden und Baustoffge-mische nach DIN 18196 und ZTV E-StBbereits ermittelt und in die Auswertungs-software integriert worden. Bei Eigenüber-wachungsprüfungen von Leitungsgraben-verfüllungen wird dieses Gerät von eini-gen Leitungsbetreibern in Deutschlandschon mit Erfolg angewendet.Auch für Kontrollprüfungen kann diePanda-Sonde zur Überprüfung der Ver-dichtung durch Vergleich mit einem Refe-renzfeld bereits jetzt in Deutschland ein-gesetzt werden.Zur schnelleren Verdichtungskontrolle mitder Nutzung von Grenz- und Referenz-linien ist noch die Festlegung von Anfor-derungswerten für die Bodengruppen beigeeigneter Konsistenz erforderlich. Hierzubesteht Forschungsbedarf hinsichtlich derAnwendungsgrenzen (Größtkorn, Plastizi-tät) sowie des Bewertungshintergrundes.

Auf der Grundlage dieser so gewonnenenKenntnisse und Erfahrungen ist die Erar-beitung einer technischen Prüfvorschrift(TP BF-StB) denkbar, um die Verdich-

tungskontrolle mittels der Panda-Sondedurch verbindliche Abnahmeregelungenin das Straßenbauregelwerk einzubinden.

Literaturverzeichnis

1 XP P 94-105: Sols: Reconnaissance et essais -Contröle de la qualite du compactage. Methodeau penetrometre dynamique a energie variable- Prindpe et methode d'etalonnage du pene-trometre. Normalisation franc;aise,Mai 2000

2 Cassan, M. (1988): Les essais in situ en meca-nique des sols. Volume 1 realisation et inter-pretation, Eyrolles, 1988, pp146-151

3 Zh 0 u, S. (I997): Caracterisation des sols desurface a l'aide du penetrometre dynamique le-ger a energie variable type Panda. FormationDoctorale "Materiaux, structures, fiabilite engenie dvil e genie mecanique". Laboratoired'Accueil, Lermes/Cust. Universite Blaise Pascal

4 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Ver-kehrswesen: Zusätzliche Technische Vertrags-bedingungen und Richtlinien für Erdarbeitenim Straßenbau (ZTVE-StB)

5 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Ver-kehrswesen: Technische Prüfvorschriften fürBoden und Fels im Straßenbau (TP BF-StB),Teil E4

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