Verdichtungsanforderungen nach ZTV-W 205 für Erdarbeiten (Ausgabe 1992)

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1 Verdichtungsanforderungen nach ZTV-W 205 für Erdarbeiten (Ausgabe 1992) Referat K1 Geotechnik Nord - Dipl.-Ing. Frank Liebetruth Referat G2 Grundbau - Dipl.-Ing. Michael Pietsch BAW - DH / K1 Folie-Nr. 1

2 BAW - DH / K1 Folie-Nr. 2 ZTV W205 - INHALTSVERZEICHNIS Allgemeines 1 Geltungsbereich 2 Stoffe, Bauteile; Boden und Fels 2.1 Klasse 2: Fließende Bodenarten 2.2 Klasse 3: Leicht lösbare Bodenarten 2.3 Klasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten 2.4 Klasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten 2.5 Klasse 7: Schwer lösbarer Fels 3 Ausführung 3.1 Auffinden von Altlasten oder Sprengkörpern 3.2 Wasserabfluß 3.3 Spülverfahren 3.4 Einbau verschiedener Bodenarten 3.5 Lagenweiser Einbau 3.6 Einbau witterungsempfindlicher Baustoffe 3.7 Probeverdichtung 3.8 Verdichtungsanforderungen 3.9 Böschungsausrundungen von Erdbauwerken 3.10 Hinterfüllen, Auffüllen und Überschütten von baulichen Anlagen 3.11 Verfüllen von Leitungsgräben 4 Prüfungen 4.1 Allgemeines 4.2 Eignungsprüfungen 4.3 Eigenüberwachungsprüfungen 4.4 Kontrollprüfungen 4.5 Schiedsuntersuchungen

3 ZTV-W 205 für Erdarbeiten (Ausgabe 1992) Allgemeines Die hinter den Abschnittsüberschriften in Klammern gesetzten Ziffern beziehen sich auf DIN Technische Vertragsbedingungen für Erdarbeiten, Ausgabe Sept (Neueste Ausgabe ) zum Beispiel: 3.8 Verdichtungsanforderungen (zu Nr. 3.7) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 3

4 3.7 Probeverdichtung Probeverdichtung (ZTV W 205) (21) Bei Beginn der Verdichtungsarbeiten hat der Auftragnehmer durch Probeverdichtung nachzuweisen, dass die für das Verdichten vorgeschriebenen Anforderungen mit dem gewählten Arbeitsverfahren erreicht werden. Empfehlung: Probefeld punktuelle Verdichtungskontrolle Lagerungsdichte / Verdichtungsgrad ( Proctordichte ) flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 4

5 FDVK FDVK - flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle Merkblatt über flächendeckende dynamische Verfahren zur Prüfung der Verdichtung im Erdbau, Ausgabe 1993 (FGSV 547) Kalibrierung (ω Wert mit Lagerungsdichte / Verdichtungsgrad) Anwendung bei - grobkörnigen Böden (SE,SW,SI,GE,GW,GI) - gemischtkörnigen Böden (GU,SU,GT,ST) [Prospekt Firma BOMAG] BAW - DH / K1 Folie-Nr. 5

6 Probefeld Probenentnahme Verschiedene Schichtdicken Unterschiedliche Anzahl an Verdichtungsübergängen Variation der Verdichtungsenergie (ω Wert der FDVK) Variation der Wassergehalte Ein Probefeld besteht aus mehreren Teilflächen! BAW - DH / K1 Folie-Nr. 6 Dokumentation der Teilversuche - Lageplan (Lage/Höhe der Probenentnahme) - Schüttlagennummer - Schichtdicke - Anzahl der Verdichtungsübergänge - Frequenz, Amplitude, Geschwindigkeit FDVK - Wassermenge - Witterungsverhältnisse

7 Probefeld Probenentnahme (DIN ) - z.b. Flüssigkeitsersatz-Verfahren Laborversuche - Kornverteilung (DIN 18123) - Wassergehalt (DIN 18121) - Lagerungsdichte D (DIN 18126) - Verdichtungsgrad D pr (DIN 18127) Maschinenparameter - ω Wert der FDVK BAW - DH / K1 Folie-Nr. 7

8 Verdichtungsanforderungen (ZTV W 205) 3.8 Verdichtungsanforderungen (zu Nr. 3.7) (22) Für Dämme oder Deiche muss zur Einhaltung der Erosions- oder Suffosionssicherheit die Lagerungsdichte für grobkörnige Bodenarten - der Gruppen GW und GI mindestens D = 1,3 - der Gruppen GE, SE, SW und SI mindestens D = 1,0 betragen. BAW - DH / K1 Folie-Nr. 8 D Benennung 0 bis 0,15 sehr locker 0,15 bis 0,30 locker 0,30 bis 0,50 mitteldicht 0,50 bis 0,80 dicht > 0,80 sehr dicht nach Grundbautaschenbuch Teil 1

9 Verdichtungsanforderungen (ZTV W 205) 3.8 Verdichtungsanforderungen (zu Nr. 3.7) (22) Für Dämme oder Deiche muss zur Einhaltung der Erosions- oder Suffosionssicherheit der Verdichtungsgrad für gemischt- und feinkörnige Bodenarten - der Gruppen GU, GT, SU, ST, OH und OK mindestens D pr = 1,0 - der Gruppen GŪ, G T, SŪ, S T, U, T, OU und OT mindestens D pr = 0,97 betragen. BAW - DH / K1 Folie-Nr. 9

10 Verdichtungsanforderungen (ZTV W 205) 2 unterschiedliche Versuchsverfahren Grobkörnige Böden Gemischt- und feinkörnige Böden Lagerungsdichte D Verdichtungsgrad D pr Einrüttelungsversuch (Schlaggabel- / Rütteltischverfahren) Stampfversuch (Proctorversuch) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 10

11 Versuchstechnische Ermittlung der Lagerungsdichte D D = ρ d min ρ d max ρ d min ρ d ρ d = Trockendichte (DIN Teil 2 - Feldversuche) min ρ d = Dichte bei lockerster Lagerung (DIN 18126) max ρ d = Dichte bei dichtester Lagerung (DIN 18126) Problem: grobkörnige Böden mit U < 5 (enggestufte Sande und Kiese) in Norddeutschland überwiegend BAW - DH / K1 Folie-Nr. 11

12 Ungenauigkeiten bei der Ermittlung der Lagerungsdichte D Einflussfaktoren Feldversuche Laborversuche mathematische Beziehungen BAW - DH / K1 Folie-Nr. 12

13 Lagerungsdichte D Einflussfaktor Feldversuche Ausstechzylinder - Verfahren - Gute Ergebnisse: bindige Böden steifer Konsistenz Feinsande mitteldichter Lagerung - In dicht gelagerten Sanden (Auflockerung) - In locker gelagerten Sanden (Verdichtung) OK oberste Lage Planum 0,5m! Ausstechzylinder- Verfahren A V BAW - DH / K1 Folie-Nr. 13

14 Lagerungsdichte D Einflussfaktor Feldversuche Fehler Ausstechzylinder - Verfahren 45 Porenanteil n [%] der Sandschüttung Verdichtung Sollgrade n Schüttung = n Ausstechzylinder Auflockerung BAW - DH / K1 Folie-Nr Porenanteil n [%] aus der Zylinderentnahme nach Dörken

15 Lagerungsdichte D Einflussfaktor Feldversuche Prüflabor AG Prüflabor AN BAW (Ausstechzylinder-Verfahren) (Ausstechzylinder-Verfahren) (Flüssigkeitsersatz-Verfahren) Prüffeld ρ d D ρ d D ρ d D [t/m³] [-] [t/m³] [-] [t/m³] [-] 1_West 1,650 0,642 1,641 0,530 1,819 1,186 1_Mitte 1,670 0,695 1,644 0,640 1,714 0,809 1_Ost 1,670 0,666 1,644 0,520 1,690 0,767 4_West 1,730 0,863 1,679 0,660 1,699 0,783 4_Mitte 1,760 0,959 1,700 0,740 1,792 0,988 4_Ost 1,680 0,696 1,679 0,610 1,737 0,844 5_West 1,790 0,931 1,773 0,850 1,840 1,150 5_Mitte 1,700 0,926 1,724 0,900 1,848 1,279 5_Ost 1,780 0,929 1,780 0,890 1,839 1,217 Mittelwert 1,714 0,812 1,696 0,704 1,775 1,003 Max-Wert Min-Wert Praxisbeispiel HOW Los G BAW - DH / K1 Folie-Nr. 15

16 Lagerungsdichte D Einflussfaktor Feldversuche Empfehlung: Ausstechzylinder-Verfahren ausschließen Flüssigkeitsersatz-Verfahren fordern - Dichtefehler bei größerer Probenmenge niedriger (Wasservolumen) - minimal 6 Liter Wasservolumen BAW - DH / K1 Folie-Nr. 16

17 Lagerungsdichte D Einflussfaktor Laborversuche identische Versuchsbedingungen (Labor der BAW) gleiches Probenmaterial gleiche Trockendichte ρ d Dichte bei dichtester Lagerung (max ρ d ) mit Schlaggabelversuch Dichte bei lockerster Lagerung (min ρ d ) mit Einfülltrichter Probefeld Bodenmechanische Parameter Laborant 1 Laborant 2 Laborant 3 max ρ d [t/m³] 1,833 1,787 1,757 min ρ d [t/m³] 1,468 1,464 1,490 HOW Los G ρ d [t/m³] 1,839 1,839 1,839 D [-] 1,017 1,163 1,305 BAW - DH / K1 Folie-Nr. 17 D = ρ d min ρ d max ρ d min ρ d Praxisbeispiel BAW Labor

18 Lagerungsdichte D Einflussfaktor mathematische Beziehung D = ρ d min ρ d max ρ d min ρ d = max n n max n min n max n = Porenanteil bei lockerster Lagerung bei Sand zwischen 0,41 und 0,47 min n = Porenanteil bei dichtester Lagerung bei Sand zwischen 0,27 und 0,39 n = Porenanteil der Bodenprobe BAW - DH / K1 Folie-Nr. 18 je kleiner die Ungleichförmigkeitszahl U - desto kleiner max n - min n bzw. max ρ d min ρ d - desto größer die Ungenauigkeit bei D Diskussionsvorschlag: D ρ max ρ * d = Leussink (1962) d

19 Lagerungsdichte D Einflussfaktor mathematische Beziehung D = max n n max n min n Labor min n [ - ] max n [ - ] max n - min n [ - ] n [ - ] D [ - ] D* [ % ] Mittelwerte Mittelwerte Mittelwerte Prüflabor AG 0,330 0,438 0,108 0,351 0, Prüflabor AN 0,319 0,449 0,130 0,353 0, BAW 0,331 0,441 0,110 0,330 1, Praxisbeispiel HOW Los G D * = ρd max ρ d BAW - DH / K1 Folie-Nr. 19

20 Lagerungsdichte D Einflussfaktoren Laborversuche / mathematische Beziehung Empfehlung: - Abstimmung der Versuchsdurchführung zwischen AG und AN - nur Rütteltischversuch (max ρ d ) mit genormter Amplitude zulassen - Verwendung gleicher Einfülltrichter und Versuchszylinder - Versuchsdurchführung von gleicher Person - Versuchsprotokoll nach (DIN 18126, Abs. 9 und 10) - nur Prüflabors mit umfangreicher Erfahrung zulassen BAW - DH / K1 Folie-Nr. 20

21 Prüfung im Baufeld ZTV W 205 Abs. 4.3 Eigenüberwachungsprüfungen (AN): für den Verdichtungsnachweis ist nur noch die Bestimmung der Trockendichte ρ d erforderlich Trockendichte ρ d bei Lagerungsdichte D = 1,0 (Probefeld) maßgebend dafür sind Prüftoleranzen nach Abs. 4.3 (50) einzuhalten Empfehlung: Trockendichte ρ d sowohl für Eigenüberwachungs- (AN) als auch für Kontrollprüfungen (AG) zugrunde legen Einhaltung der ω-werte (FDVK) aus Probefeld beachten BAW - DH / K1 Folie-Nr. 21

22 Lagerungsdichte D und Verdichtungsgrad D pr ZTV W Verdichtungsanforderungen (zu Nr. 3.7) (26) Mit Zustimmung des Auftraggebers kann der Nachprüfung der Verdichtung für die grobkörnigen Bodenarten der Gruppen GW, GI, GE, SW, SI und SE alternativ auch der Verdichtungsgrad D pr zugrunde gelegt werden. Da der Zusammenhang zwischen D und D pr jedoch für jeden Boden anders ist, muss die Beziehung D pr = f (D) in jedem Einzelfall zuerst ermittelt werden (siehe auch EAU E 71). häufige Forderung in der Praxis! Empfehlung: nicht für Böden SE (GE) anwenden! BAW - DH / K1 Folie-Nr. 22

23 Literaturhinweise Proctorkurven grobkörniger Böden (nach Voth, B: 1978) Böden U Kurve ρ Pr w Pr [g/cm³] [ % ] Trockendichte ρ d [ g/cm³ ] ?.. Kiessand kiesiger Sand Grob bis Mittelsand Feinsand sandiger Schluff U = 35 U = 7 U = 5 U = ,12 1,98 1,87 1,7 1, (12) 16 Sättigungslinie ρ s = 2,65 g/cm³ S r = 1,0 bei jeder Bodenart unterschiedliche Proctorkurve und Krümmung im Scheitelbereich je gleichförmiger der grobkörnige Boden, desto flacher die Proctorkurve (siehe Kurve 4) Wassergehalt w [ % ] BAW - DH / K1 Folie-Nr. 23

24 Literaturhinweise Beziehung zwischen Proctordichte ρ pr und Ungleichförmigkeitszahl U von Sanden und gestuften Kiesen 2 nach Voth (1978) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 24

25 BAW - Vergleichsuntersuchungen -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 1,10 y = 0,1753x + 0,8775 R 2 = 0,9991 D y = 0,0998x + 0,9104 R 2 = 1 D pr 1,05 D pr 1,00 DPr y = 0,1355x + 0,8917 R 2 = 0,9986 BAW - DH / K1 Folie-Nr. 25 1,00 0,90 0,80 y = 0,1779x + 0,8574 R 2 = 1 y = 0,089x + 0,9139 R 2 = 1 D = 1,0 y = 0,0905x + 0,9031 R 2 = 0,9997 mat1 (U=6.3) mat2 (U=3.4) mat3 (U=2.0) mat4 (U=4.4) mat5 (U=20.2) Mat6 (U=4.3) Linear (mat3 (U=2.0)) Linear (mat1 (U=6.3)) Linear (mat2 (U=3.4)) Linear (mat4 (U=4.4)) Linear (mat5 (U=20.2)) Linear (Mat6 (U=4.3))

26 Fazit zum Proctorversuch Der Proctorversuch ist bei bindigen und gemischtkörnigen Böden (Feinkornanteil > 15 Gew. % und Größtkorn bis 63mm) unstrittig. Beigemischtkörnigen Böden (Feinkornanteil: 5 15 Gew. % und Größtkorn bis 63mm und U > 5) sind zuverlässige Ergebnisse erzielbar. Beigrobkörnigen Böden (Feinkornanteil < 5 Gew. % und U < 5) ist der Versuch nicht sinnvoll. BAW - DH / K1 Folie-Nr. 26

27 Widerspruch in der EAU 2004 E 71 E 71 Ein Bezug zu den Grenzwerten lockerste und dichteste Lagerung ist zunächst nicht möglich, kann jedoch nach folgender Formel erfolgen: (BAW: gilt somit für alle grobkörnigen Böden!) D = A + B x D Pr mit A = max n 1 / max n min n B = 1 n Pr / max n min n = Porenanteil bei optimalem Wassergehalt im Proctorversuch n Pr D pr = (D A) / B Empfehlung: gilt nicht für Sande mit U < 5 und Feinkornanteil < 5 Gew. %! BAW - DH / K1 Folie-Nr. 27

28 BAW Vergleichsuntersuchungen indirekte Prüfmethoden Vergleich: Lagerungsdichte D / dynamischer Plattendruckversuch E v2 180 E v2 [MN/m²] y = 59,205x + 60,262 2 R = 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 D [-] BAW - DH / K1 Folie-Nr. 28

29 BAW Vergleichsuntersuchungen dynamischer und statischer Plattendruckversuch E v2 [MN/m²] statischer Plattendruckversuch E v2 [MN/m²] stat. Plattendruckversuch E vd [MN/m²] dyn. Plattendruckversuch nach Herstellerangabe für alle grobkörnigen Böden Versuchspunkte BAW Regression BAW Versuchspunkte Baustoffprüflabor Wetzlar Regression Wetzlar BAW - DH / K1 Folie-Nr. 29

30 Indirekte Prüfverfahren ZTVE-StB 94 Fassung 1997: Erdarbeiten im Straßenbau Bodengruppen Verdichtungsgrad Verformungsmodul Bodengruppen Verdichtungsgrad Verformungsmodul Verformungsmodul D Pr in % E V2 in MN/m² D Pr in % E v2 in MN/m² E vd in MN/m² GW, GI GW GE, SE GE -GI SW, SI SE -SI -SW Tabelle 8: Richtwerte für die Zuordnung von Verdichtungsgrad D Pr und Verformungsmodul E v2 bei grobkörnigen Böden Tabelle 99: Näherungsweise Zuordnung von E v2 und E vd Moduln in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad D Pr grobkörniger Böden E v2 [MN/m²] statischer Plattendruckversuch E vd [MN/m²] dynamischer Plattendruckversuch BAW - DH / K1 Folie-Nr. 30

31 Fazit Indirekte Prüfverfahren liefern nur Näherungswerte. Indirekte Prüfverfahren sind zum Nachweis der Lagerungsdichte nicht geeignet. Der Proctorversuch ist bei bindigen und gemischtkörnigen Böden unstrittig. (Feinkornanteil > 15 Gew. % und Größtkorn 63 mm) Der Proctorversuch bei gemischtkörnigen Böden ergibt zuverlässige Ergebnisse. (Feinkornanteil: 5-15 Gew. % und Größtkorn 63 mm) Der Proctorversuch ist bei grobkörnigen Böden nicht sinnvoll. (Feinkornanteil < 5 Gew. % und U < 5) U = d 60 / d 10 < 5 BAW - DH / K1 Folie-Nr % 0,06 mm [mm]

32 Empfehlungen - Verdichtungsnachweis mit Lagerungsdichte (nur im Probefeld) - Trockendichte ρ d mit Flüssigkeitsersatz-Verfahren (Probe- und Baufeld) - Dichte bei dichtester Lagerung max ρ d nur mit Rütteltischversuch - ω Werte der FDVK aus dem Probefeld im Baufeld einhalten - für Eigenüberwachungs- (AN) und Kontrollprüfungen (AG) Verdichtungsnachweis mit Trockendichte ρ d (Bezug: Probefeld) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! BAW - DH / K1 Folie-Nr. 33

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