BOMAG Walzenzüge mit Polygonbandage

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1 BOMAG Walzenzüge mit Polygonbandage Müssen Bandagen immer rund sein? Elke Proksch BOMAG GmbH, Boppard Als Technologieführer in der Verdichtungstechnik stellt BOMAG auch althergebrachte Ansichten auf den Kopf. Bei vielen praktischen Anwendungen in der Erdverdichtung überzeugen immer wieder die Vorteile von Plattenverdichtern in der zu erzielenden Tiefenwirkung. Aber speziell auf feuchten bindigen Böden zeigen sich auch deutlich die Grenzen im Vortrieb dieser Geräte im Vergleich zu Walzenzügen mit einer runden Bandage und Hinterrädern. Wo liegt also der goldene Mittelweg? Die BOMAG Walzenzüge mit den neuen Polygonbandagen vereinigen die Vorteile beider Maschinentypen. 1 Konstruktive Ausführung Die Polygonbandage besteht aus drei achteckigen Segmenten, die zueinander versetzt angeordnet sind. Somit entstehen 24 glatte Einzelflächen und 24 Kanten. Bei vollem Bodenkontakt entsteht unter diesen glatten Flächen ein wesentlich größerer Druckkegel als bei vergleichbaren runden Bandagen (Bilder 1, 2). Bild 1: Spannungsausbreitung im Boden bei Bild 2: Spannungsausbreitung im Boden bei Glattmantelbandagen Polygonbandagen 2 Wirkungsweise Wenn die Bandage über die Kanten abrollt, erzeugt sie eine Knetwirkung und Spitzendrücke, ähnlich wie sie von Stampffußbandagen bekannt sind. Die Kombination dieser besonderen Bandagenform mit den enormen dynamischen Richtschwingungen des BOMAG VARIOCONTROL Systems (siehe Anlage VARIOCONTROL) erzeugen die derzeit bestmögliche Krafteinleitung in den Boden. Bei Mischböden ergaben sich in praktischen Versuchen hierdurch realistische Verdichtungswirkungen in über 2,5 1

2 m Tiefe. Selbst auf stark bindigen Böden konnten die derzeit bekannten Lagenstärken von 40 bis 60 cm auf über 1 m verdoppelt werden. Selbst der sehr gute Vortrieb von Walzenzügen konnte durch diese neue Bandagenform noch verbessert werden. Beim Abrollen der einzelnen Flächen im Erdreich ergeben sich an der Oberfläche leichte Scherkräfte, die den anhaftenden Boden wieder ablösen, wodurch ein regelrechter Selbstreinigungs Effekt der Bandagenoberfläche entsteht. Diese saubere Bandage unterstützt speziell auf feuchten bindigen Böden ganz wesentlich den Vortrieb und die Steigfähigkeit des Walzenzuges an Steigungen. Für schnelle Transportfahrten besitzt die Bandage an den Außenkanten zwei hoch verschleißfeste Ringe, auf denen ein gleichmäßiges Abrollen auf ebener Asphalt- oder Betonfahrbahn gewährleistet wird. Diese Ringe sind jedoch so schmal, dass sie sich bei der Verdichtungsarbeit in den weichen Boden eindrücken und die Polygonform der Bandage die gewünschte Verdichtungswirkung erzielen kann. 3 Praxiseinsätze Diese neuen Meilensteine in der Verdichtungstechnik werden nachfolgend an drei praktischen Einsätzen verdeutlicht: Auf dem Flughafen Hahn wurde 2002 die Start- und Landebahn verlängert. Im Zuge der Erdarbeiten war durch die Firma Kirner Abbruch GmbH ein umfangreicher Massenausgleich durchzuführen. Hierbei waren sowohl nichtbindige Mischböden als auch stark bindige Lehmböden einzubauen. Um die einzelnen Schichtdicken so groß wie möglich wählen zu können und trotzdem eine perfekte Verdichtung zu erreichen, hat man sich für den Einsatz eines BOMAG Walzenzuges BW 225 D-3 BVC mit der neuen Polygonbandage entschieden. Erstmals konnten somit Schichtdicken bis 1,50 m bei nichtbindigen Mischböden und bis 1,0 m bei bindigen Lehmböden eingebaut und verdichtet werden. Beim derzeitigen Neubau der Bundesautobahn A 38 südlich von Leipzig durch die Firma F. Kirchhoff Strassenbau GmbH & Co. KG müssen gewaltige Massen von bindigen Lehmböden, wie sie in dieser Region häufig vorkommen, in das Erdplanum eingebaut werden. Für die Verdichtung dieser Einbaulagen wurden hier zwei Kriterien festgelegt: es müssen eine Proctordichte von mindestens 97 % und eine Tragfähigkeit von mindestens 45 MN/m 2 erreicht werden. Nach kurzen Voruntersuchungen konnte man erstmals durch den Einsatz einer BW 225 D-3 BVC mit Polygonbandage einen Einbau in 1,0 m dicken Lagen vorschlagen, wobei die oberen 50 cm durch einen Stabilisierer mit Bindemittel verbessert wurden. Durch Probemessungen während der Verdichtungsarbeiten wurde nicht nur eine Dichte von 98,2 % in 1,0 m Tiefe nachgewiesen, sondern auch die Tatsache, dass man dafür lediglich 4 bis 5 Übergänge mit der neuen Polygonbandage benötigt. Bei der mit Bindemittel verbesserten Bodenschicht von 50 cm konnten die notwendigen Verdichtungsfahrten sogar auf nur zwei Übergänge verringert werden. Ein so schneller und effizienter Einbau von bindigen Lehmböden war bisher unvorstellbar. In Stollberg im Erzgebirge wurde im März diesen Jahres durch die Firma HALL-BAU GmbH eine neue Industriefläche an der B 196 für den Neubau einer Produktionsstätte der VW AG und der Siemens AG in Rekordzeit hergestellt. Für diese ebene Gesamtfläche von m 2 war eine Erdbewegung und Verdichtungsarbeit von ca m 3 in nur 50 Arbeitstagen notwendig. Der teilweise bis 12,5 m hohe lagenweise Aufbau dieser Fläche erfolgte mit bindigem Boden und Felsersatz aus Tonschiefer und Phyllit der Klasse 6 bis 7, der auf der gegenüberliegenden Straßenseite gewonnen 2

3 wurde. Auf dieser Baustelle kam die geballte Power der BOMAG Walzenzüge zum Einsatz. Die größeren Felsblöcke wurden in 50 cm Lagen eingebaut und mit der BW 225 D-3 BVC Felsbrecher Bandage vorzerkleinert. Anschließend wurde mit der neuen BW 225 D-3 BVC Polygonbandage in nur zwei bis drei Übergängen die geforderte Verdichtung und eine Tragfähigkeit von mindestens 60 MN/m2 erzielt. So bestätigt sich einmal mehr der Erfolg von BOMAG, durch Innovationen wirtschaftliche Lösungen für den Kunden zu finden. Bild 3: Die Polygonbandage erobert den Erdbau. Bild 4: Das Waschbrettmuster auf der Oberfläche bewirkt eine sehr gute Verzahnung zwischen den einzelnen Bodenlagen. 3

4 Anlage: VARIOCONTROL Dipl.-Ing. Wolfgang Wallrath BOMAG, Boppard Maschinelle Bodenverdichtungstechnik mit Vibrationswalzen ist ein unverzichtbarer Arbeitsschritt im Entstehungsprozess eines Erd- oder Verkehrswegebauwerks. Die gleichmäßig gute Verdichtung wirkt sich dabei entscheidend auf eine dauerhafte Tragfähigkeit und Verformungssicherheit des Bauwerks aus. Überverdichtung sowie unterverdichtete Fehlstellen sollen vermieden werden. Sie würden durch unterschiedliche Bodenspannungen, Rissbildung und Langzeitsetzungen die Qualität und Lebensdauer einer Straße, eines Damms oder einer Eisenbahntrasse beeinträchtigen. Eine moderne Walze wie die BOMAG-VARIOCONTROL verdichtet dort, wo es nötig ist und ermittelt gleichzeitig die erreichte Tragfähigkeit. In den VARIOCONTROL-Walzenzügen kann die gewünschte Verdichtung voreingestellt werden, und zwar direkt die geforderte Bodentragfähigkeit in 45, 80, 100, 120, 150 MN/m² oder als maximale Leistung (Bild 5). Bild 5: Sollwertwahlschalter und E VIB -Anzeige Bei jeder Vibrationsbewegung der Bandage wird aus dem Zusammenhang zwischen Bodenreaktionskraft und Setzung ein physikalisch verifizierbarer Messwert, der Vibrationsmodul E vib in MN/m² ermittelt, der in direktem Zusammenhang mit dem Verformungsmodul E v aus dem Plattendruckversuch steht. Der Fahrer kann auf der E vib -Anzeige die zunehmende Verdichtung verfolgen. Der Messwert kann aufgezeichnet und ausgedruckt werden, um den Verdichtungszustand zu dokumentieren. Im Erregersystem der VARIOCONTROL erzeugen gegenläufig rotierende Unwuchten gerichtete Schwingungen, deren Wirkrichtung stufenlos verstellt werden kann. Das Regelprinzip des Systems besteht im Wesentlichen darin, dass in Abhängigkeit von der zunehmenden Steifigkeit des Bodens die Schwingrichtung von der Vertikalen (in den Boden gerichtet) zunehmend in Richtung der Horizontalen verstellt wird. Die angebotene Verdichtungsenergie wird vom Verdichtungswerkzeug also genau dann reduziert, wenn die Steifigkeit des Bodens hoch ist. Damit werden Bereiche mit niedriger Steifigkeit mit einer hohen Wirkamplitude verdichtet (bzw. nachverdichtet) und Bereiche mit bereits ausreichend hoher Steifigkeit mit einer geringen Wirkamplitude beaufschlagt (geringe Nachverdichtung). In Bild 6 ist der Anstieg der Bodensteifigkeit für eine 70 cm hohe Schüttlage dargestellt. Vor der ersten Überfahrt wurde die automatische Regelung vorgewählt und der Sollwert auf 80 MN/m² eingestellt. Nach fünf Übergängen sind 80 MN/m² über die Walzstrecke erreicht. 4

5 Bild 6: Anstieg der Bodensteifigkeit für eine 70 cm hohe Schüttlage Sogar vor Einsetzen des Sprungbetriebes oder Taumeln der Bandage bei fortschreitender Dichtezunahme als auch bei Erreichen der vorgegebenen Tragfähigkeit wird das Energieangebot reduziert. Die gesamte Walzfläche erfährt eine gleichmäßige Verdichtung ohne über- und unterverdichtete Stellen und ohne dass der Fahrer beim Walzvorgang in die Amplitudenanpassung eingreifen muß. Das System VARIOCONTROL schafft durch die permanente Anpassung der Verdichtungsenergie einen Technologiesprung im Hinblick auf die Herstellung einer gleichmäßigen Verdichtung. Zur Veranschaulichung dieser Fähigkeit wurde aus der verdichteten Bahn ein 3 m langer Abschnitt ausgehoben und neu geschüttet (Bild 7). Wie beim vorherigen Verdichtungszyklus wird im Automatikbetrieb und mit Sollwert 80 MN/m² die komplette Bahn neu abgewalzt. Bild 7: Verdichten einer eingebauten Weichstelle im Automatikbetrieb 5

6 Beim Überfahren der Bahn in Bild 7 ermittelt die VARIOCONTROL im bereits verdichteten Teil einen E VIB -Wert, der der Sollvorgabe entspricht und regelt dort die Amplitude gegen null. Dieser Bereich erfährt keine weitere Steifigkeitszunahme. Die Weichstelle wird erkannt und nachverdichtet, bis die Vorgabe 80 MN/m² auch dort erfüllt ist. Ein homogenes Tragfähigkeitsprofil über die gesamte Bahn ist das Ergebnis. Ein Papierausdruck des letzten Übergangs dient als lückenlose Dokumentation über den verdichteten Bauabschnitt (Bild 8). BOMAG Übergang 5 vorwärts BW 177 DH VARIOCONTROL Einstellung: Auto / 80 MN/m² Evib Max. = 85 MN/m² Evib Min. = 80 MN/m² Evib Mittelwert = 82 MN/m² Frequenz = 27 Hz Mittl.Fahrgeschw. = 1,8 km/h Bahnlänge = 15 m Raster 5m ----> Evib / MN/m² Übergang 1 Übergang 5 Bild 8: Ausdruck mit E VIB -Wert über die Bahn und den Mess- und Einstellparameter Auch unverdichtbare Fehlstellen, wie beispielsweise wassergesättigte Bereiche, werden erkannt, lokalisiert und für sofortige oder spätere Nachbearbeitung dokumentiert. VARIOCONTROL Eigenschaften im Überblick Hohe Verdichtungsleistung Minimale Übergangszahlen Gleichmäßige homogene Verdichtung Vermeidung von Überverdichtung Entlastung des Fahrers durch automatische Mess- und Regeltechnik Flächendeckende Verdichtungskontrolle Aufspüren materialbedingter Schwachstellen Reduzierung zeitaufwendiger punktuelller Prüfverfahren (z.b. Lastplattendruckversuch) auf ein Mindestmaß Quellen Bilder: BOMAG 6

7 Autor Elke Proksch Abteilung Kommunikation BOMAG Hellerwald, D Boppard Tel.: +49 (0) 6742/ Fax: +49 (0) 6742/ proksch bomag Internet: 7