-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer einen Boden charakterisierenden Größe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, beispielsweise zum Beurteilen einer durch ein Verdichtungselement erfolgten Verdichtung des Bodens, sowie ein Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs.
-
DE 103 55 172 A1 beschreibt ein Bodenverdichtungsgerät in Form eines Anbauverdichters, das an einen Arm eines Baggers ankuppelbar ist. Der Anbauverdichter umfasst ein Verdichtungselement in Form einer Verdichterplatte, die von dem Bagger auf eine Oberflächenstelle eines zu verdichtenden Bodens gedrückt wird. Die Verdichterplatte ist mit einem Schwingungserzeuger gekoppelt, mittels dem die Verdichterplatte in Schwingungen versetzt wird. Hierdurch wird ein Raumbereich, der unterhalb der Oberflächenstelle liegt, auf der die Verdichterplatte aufliegt, verdichtet.
-
DE 10 2011 078 919 A1 beschreibt ein Verdichtungsprüfgerät, mit dem die Verdichtung eines Bodenbereichs an seiner Oberfläche und auch in der Tiefe bestimmt werden kann. Hierzu verfügt diese Vorrichtung einerseits über eine Sondierstange ("Rammsonde") und andererseits über eine Druckplatte. Mit dieser Vorrichtung wird ein sogenanntes indirektes Bodenprüfverfahren durchgeführt, mit dem die Setzung bzw. ein Verformungsmodul des Bodens ermittelt werden. Mittels der Rammsonde wird ferner ein Eindringwiderstand des Bodens ermittelt.
-
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, bei dessen Anwendung eine Aussage über eine einen Boden charakterisierende Größe, beispielsweise den mittels eines Anbauverdichters erreichten Verdichtungsgrad in einer bestimmten Tiefe im Boden unterhalb von einem Verdichtungselement des Anbauverdichters nach dem Ende der vorgenommenen Verdichtung, getroffen werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, sowie durch ein Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ohne Einschaltung eines Sachverständigen und ohne die Notwendigkeit für den Einsatz eines speziellen Bodenprüfgeräts eine Aussage zu einer den Boden charakterisierenden Größe, wie beispielsweise dem Verdichtungsgrad des Bodens im Raumbereich unterhalb einer Oberflächenstelle, an der ein Verdichtungselement angegriffen hat, zu treffen. Dies gestattet auch beim Einsatz beispielsweise von Anbauverdichtern, welche im Gegensatz zu Walzenzügen jeweils immer nur an einer diskreten Stelle verdichten, eine quasi lückenlose Qualitätssicherung. Denkbar ist das Verfahren aber auch beim Einsatz eines stationär betriebenen Walzenzugs, beim Einsatz eines Prüfgeräts, etc. Insgesamt gestattet es das erfindungsgemäße Verfahren, mit geringen Kosten, geringem Zeitaufwand und gegebenenfalls sogar vollautomatisch eine Dokumentation zu den verdichteten Bodenbereichen zu schaffen. Gleiches gilt für das erfindungsgemäße Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät.
-
Grundlage der Erfindung sind verschiedene Erkenntnisse. So wurde beispielsweise erkannt, dass ein einzelner erfasster oder ermittelter Parameter für sich in vielen Fällen die gesuchte und den Boden charakterisierende Größe nicht ausreichend genau zu bestimmen hilft. Erst die Kombination der Werte verschiedener Parameter verhilft zu einer ausreichend eindeutigen und insoweit ausreichend typisierenden Aussage betreffend die gesuchte und zu ermittelnde Größe, die für den untersuchten Boden charakteristisch ist. Die Wertepaare, – tripel, – quadrupel, etc., welche die Werte verschiedener Parameter miteinander verbinden (wobei der Begriff "Wert" nicht zwingend im Sinne eines Skalars zu verstehen ist, sondern beispielsweise auch eine Bodenart oder Bodeneigenschaft etc. sein kann), sind dabei zusammen mit dem jeweiligen Wert der gesuchten und zu ermittelnden Größe in einer Datenbank abgespeichert, die beispielsweise zuvor in Feld- oder Laborversuchen erstellt wurde, aber auch in situ durch manuelle Eingaben einer Bedienperson erweitert und vervollständigt werden kann.
-
Denkbar ist auch, dass die Datenbank an einem entfernt – beispielsweise zentral – angeordneten Rechner vorhanden ist und von einer Mehrzahl von Benutzern beispielsweise über Funk einerseits abgefragt und andererseits mit neuen in situ festgestellten Parameterkombinationen und mit den mit diesen verknüpften Größen gefüttert wird, wodurch eine immer genauere und größere und einer Mehrzahl von Benutzern zur Verfügung stehende Datenbank erzeugt wird.
-
Ganz allgemein ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dass das in den Boden eingekoppelte oder auf den Boden aufgebrachten Signal mindestens eines aus der folgenden Gruppe umfasst: eine mechanische, akustische oder elektromagnetische Schwingung, wobei die Antwort eine Schwingung mit einer Amplitude oder einem Amplituden- und/oder einem Frequenzspektrum ist; eine Last, wobei die Antwort eine Setzung ist. Alle aufgeführten Signale sind einfach zu erzeugen und führen zu einfach detektierbaren Antworten.
-
Ferner kann die erfasste oder ermittelte Bodeneigenschaft mindestens eine aus der folgenden Gruppe umfassen: Farbe; Wassergehalt; elektrische Bodenleitfähigkeit; Scherfestigkeit; Geruch; Korngröße; Elastizität; Kompressibiltät; akustische Impedanz; elektrische Impedanz; Eigenstrahlung; Strahlungsabsorption. Alle genannten Bodeneigenschaften können entweder automatisch mit entsprechenden Sensoren und/oder manuell durch einen Benutzer einfach erfasst oder ermittelt werden.
-
Die zu ermittelnde und den Boden charakterisierende Größe kann mindestens eine aus der folgenden Gruppe sein:
Verdichtungsgrad; Tragfähigkeit; Bodenart; Wassergehalt. Im Hinblick auf die Größe "Bodenart" sei angemerkt, dass deren Kenntnis zumindest derzeit in vielen Fällen eine Voraussetzung für die Ermittlung der anderen genannten Größen ist.
-
Wie oben bereits erwähnt, kann die im Schritt c) verwendete Datenbank in Feldversuchen erstellt oder zumindest optimiert worden sein. Hierzu kann sie durch eine manuelle Eingabe während der Ausführung des Verfahrens adaptiert oder erweitert werden, insbesondere durch manuelle Eingabe einer erkannten Bodenart (bspw. Lehm, Sand Kies, Schotter, Split) und dazugehörender Paramater. Somit wird die Erfahrung der Benutzer bei der Erstellung der Datenbank berücksichtigt und im Laufe der Zeit eine immer mächtigere Datenbasis geschaffen.
-
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Ermittlung der "besten" Übereinstimmung im Schritt c). Diese kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination die abgespeicherte Parameterkombination ist, größer als oder gleich wie ein Grenzwert ist, oder, noch konkreter, dadurch definiert sein, dass eine relative Abweichung eines jeden Parameters kleiner oder gleich ist wie ein Grenzwert. Dies ist einfach zu programmieren und somit zu automatisieren und gestattet eine auch später nachvollziehbare Plausibilisierung und somit Qualitätskontrolle. Möglich ist dabei auch, dass bei der Ermittlung der besten Übereinstimmung die einzelnen Parameter gewichtet werden, was im Einzelfall zu einem noch zuverlässigeren Verfahrensergebnis führt.
-
Vorgeschlagen wird ferner, dass dann, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination eine abgespeicherte Parameterkombination ist, kleiner als oder gleich wie ein Grenzwert ist, eine Fehlermeldung erzeugt wird. Hierdurch wird der Benutzer vor einem unsicheren Ergebnis gewarnt, so dass er weitere Maßnahmen zur Ermittlung der gesuchten Größe ergreifen kann.
-
In einem konkreten Anwendungsfall hängt die räumliche dreidimensionale Verteilung einer relativen Spannung unterhalb von der Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement ansetzt, vor allem von der Art und der Geometrie des eingesetzten Verdichtungselements, und in gewissem Umfange auch von der Schwingungsfrequenz des Verdichtungselements ab. Unter der relativen Spannung wird dabei die örtliche Spannung an einem Ort im Raumbereich unter der Oberflächenstelle bezogen auf die maximale Spannung direkt unterhalb vom Verdichtungselement verstanden, und zwar bei Verdichtungsende, wenn also eine weitere Verdichtung nicht mehr möglich ist. Oder, mit anderen Worten: unmittelbar unterhalb von dem Verdichtungselement beträgt die relative Spannung beim Verdichtungsende, wenn also eine weitere Verdichtung nicht mehr möglich ist, 100 % (Einheit also beispielsweise [%]). Entfernt man sich jedoch von dieser Oberflächenstelle in Tiefenrichtung und/oder seitlicher Richtung, nimmt die relative Spannung ab.
-
Beispielsweise durch einen entsprechenden Vorversuch können dreidimensionale Raumschalen ermittelt werden, auf denen die relative Spannung nur noch 90%, 80%, 70% usw. beträgt. Diese Raumschalen können beispielsweise in Form von Tabellenwerten, von Polynomen, oder aus einer Schar von zweidimensionalen Polynomen dargestellt werden. Möglich ist auch die Darstellung beispielsweise in Form der Werte an Punkten einer gleichmäßigen Gitterstruktur in dem Raumbereich. Im einfachsten Fall wird die Verteilung bzw. der Verlauf einfach entlang einer vertikalen Linie mittig unterhalb von der Oberflächenstelle angegeben. Man erhält so für jeden Verdichtungsvorgang eindimensionale Tiefenwerte, denen jeweilige Verdichtungsgrade zugeordnet sind. Auf diese Weise erhält man für jeden Typ eines Verdichtungselements einen Datensatz oder eine Formel, die für das jeweilige Verdichtungselement, und gegebenenfalls auch noch für eine bestimmte Verdichterfrequenz, die räumliche Verteilung der relativen Spannung angibt.
-
Die besagte Verteilung der relativen Spannung gilt wohlgemerkt nur für jenen Zustand, in dem ein weiterer Betrieb des Verdichtungselements den Boden unterhalb von der Bodenstelle nicht oder zumindest nicht signifikant weiter verdichtet. Sie gilt also nur für ein sogenanntes "Verdichtungsende". Dieses kann beispielsweise durch eine Auswertung einer zeitlichen Veränderung des Schwingungsspektrums, insbesondere eines Klirrfaktors, des Verdichtungselements im Betrieb festgestellt werden. Unterschreitet die Änderung des Klirrfaktors pro Zeit einen bestimmten Grenzwert, dann wird das Verdichtungsende angenommen, bei dem die relative Spannung an der Oberflächenstelle unmittelbar unterhalb von dem Verdichtungselement 100% beträgt.
-
Eine weitere Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die Kenntnis von der während der Verdichtung von dem Verdichtungselement auf die Oberflächenstelle aufgebrachte Auflast, also die Kraft, mit der das Verdichtungselement auf die Oberflächenstelle drückt (Einheit beispielsweise [N]). Diese setzt sich beispielsweise bei einem Anbauverdichter zusammen aus einer statischen Last und einer dynamischen Last. Die statische Last ist jene Last bzw. Kraft, mit der beispielsweise ein Bagger, an dem der Anbauverdichter angebracht ist, diesen auf die Oberflächenstelle drückt. Die statische Last kann aber auch einfach eine Gewichtskraft sein. Bei der dynamischen Auflast handelt es sich um jene zusätzliche Kraftkomponente, die aufgrund der beispielsweise durch einen Unwuchterzeuger erzeugten Schwingung von dem Verdichtungselement auf die Oberflächenstelle aufgebracht wird. Sie kann beispielsweise durch einen Schwingungssensor und eine Mehrfachintegration des von diesem erhaltenen Signals erhalten werden.
-
Erfindungsgemäß erhält man aus der relativen Spannung, der Auflast und der wirksamen Fläche des Verdichtungselements eine absolute Spannung (Einheit bspw. [N/m2]). Im einfachsten Fall wird hierzu die relative Spannung mit der ermittelten Auflast multipliziert und durch die wirksame Fläche des Verdichtungselements dividiert. Auf diese Weise erhält man eine räumliche dreidimensionale Verteilung der absoluten Spannung im Boden für das Verdichtungselement in einem Raumbereich unterhalb der Oberflächenstelle. Die absolute Spannung kann – abhängig davon, in welcher Form die Daten der relativen Spannung vorliegen – beispielsweise in Form von gleichmäßig verteilten Punkten im Raumbereich unterhalb und seitlich von der Oberflächenstelle berechnet werden. So erhält man beispielsweise ein dreidimensionales Gitter, an dessen Gitterpunkten die jeweilige absolute Spannung bekannt ist. Möglich ist aber auch die Ermittlung der absoluten Spannung als dreidimensionales Polynom oder als Schar von zweidimensionalen Polynomen, etc..
-
Ein weiteres wichtiges Element der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass ein Verdichtungsgrad (Einheit dimensionslos oder beispielsweise [%]) an einer bestimmten Stelle im Boden abhängig von der dort erzeugten absoluten Spannung und von der Art des verdichteten Bodens ist. Beispielsweise ist der Verdichtungsgrad bei gleicher absoluter Spannung bei einem scherfesten/nicht-bindigen Boden ein anderer als bei einem gering scherfesten und in der Regel bindigen Boden. Insbesondere bei bindigen Böden sind die jeweiligen Verdichtungsgrade darüber hinaus abhängig vom Wassergehalt. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei beispielsweise in einem Vorversuch eine Datenbank erstellt, in der für typische Böden (bspw. Kies, Lehm, trockener Boden, feuchter Boden, etc.) der Zusammenhang zwischen absoluter Spannung und Verdichtungsgrad abgelegt ist.
-
Zur Durchführung des Verfahrens wird daher die Art des Bodens unterhalb der Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement ansetzt, als eine den Boden charakterisierende Größe mit dem oben genannten erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt und dann abhängig von der ermittelten, bzw. bestimmten Art des Bodens aus der zuvor berechneten absoluten Spannung der Verdichtungsgrad ermittelt. Abhängig davon, in welcher Art von Daten die relative Spannung vorliegt, erhält man so beispielsweise an diskreten Gitterpunkten, längs zweidimensionaler Kurven, auf einer dreidimensionalen Raumschale oder einfach entlang einer Tiefenlinie einen Wert für den dort vorhandenen Verdichtungsgrad.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein gewünschter minimaler Verdichtungsgrad vorgegeben und dann jener räumliche, also dreidimensionale Bereich unterhalb der Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement angesetzt wurde, ermittelt wird, bis zu dem ausgehend von dem Verdichtungselement der vorgegebene minimale Verdichtungsgrad vorliegt. Man erhält so eine Information über die Lage bzw. die räumliche dreidimensionale Ausdehnung jenes Bereichs, in dem der vorgegebene Verdichtungsgrad gewährleistet ist.
-
Die ermittelten Daten können vorzugsweise zusammen mit einer geographischen Position in einer Datenbank abgespeichert werden. Die geographische Position kann beispielsweise eine Referenzposition des Verdichtungselements sein, oder Ähnliches, und diese kann unter zu Hilfenahme eines Satellitenortungssystem bestimmt werden.
-
Das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem ist dafür ausgebildet, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
-
Hierzu verfügt das Bodenverdichtungssystem an geeigneter Stelle über entsprechende Erfassungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Sensoren, sowie Speicher, Verarbeitungseinrichtungen, Energieversorgungen, Eingabeeinrichtungen zur manuellen Eingabe von Daten, Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige ermittelter Daten, etc.
-
Es versteht sich, dass die einzelnen Verarbeitungseinrichtungen, die zur Ausführung des oben erwähnten Verfahrens bei dem Bodenverdichtungssystem vorgesehen sind, als Softwaremodule auf einem Computersystem, beispielsweise einem Notebook oder einem Tablet-PC, ausgebildet sein können. Es versteht sich ferner, dass beispielsweise nur die Erfassungseinrichtungen beim Verdichtungselement angeordnet sein können, wohingegen die Speicher, Verarbeitungseinrichtungen, Eingabeeinrichtungen, oder Ähnliches außerhalb von dem Verdichtungselement, beispielsweise im Führerstand eines Baggers, angeordnet sein können.
-
Die Übertragung der von den Erfassungseinrichtungen erfassten Größen, bzw. der diesen entsprechenden Signale kann drahtgebunden oder drahtlos an die Verarbeitungseinrichtungen, Speicher etc. erfolgen. Ein entsprechender Anbauverdichter kann eine eigene Stromversorgung aufweisen, welche die Erfassungseinrichtungen mit Strom versorgt, und die beispielsweise direkt oder indirekt vom Exzenterantrieb gespeist wird, oder es ist eine Stromversorgung von jenem Gerät möglich, an welches der Anbauverdichter angebaut ist, beispielsweise von einem Bagger.
-
Zur Automatisierung des oben genannten Verfahrens verfügt das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem vorteilhafterweise über eine Erfassungseinrichtung, welche mindestens einen eine Art des Bodens an der Oberflächenstelle charakterisierenden Parameter erfasst. Zu diesen Parametern gehört beispielsweise ein Wassergehalt, eine Farbe, ein Frequenzspektrum, eine Reaktionskraft, ein Einsinkweg, ein zeitlicher Verlauf einer Setzung, eine Signallaufzeit, etc.. Denkbar ist auch, dass eine Datenbank vorliegt, in der für bestimmte geographische Punkte die entsprechende Art des Bodens oder zumindest bestimmte zu einer Bodenart gehörende Parameter hinterlegt sind. Ist beispielsweise mit Hilfe eines Ortungssystems die Position des Verdichtungselements bekannt, können aus der besagten Datenbank die entsprechenden Parameter abgerufen werden.
-
Im einfachsten Fall kann die Art des Bodens von einem Benutzer mittels einer Eingabeeinrichtung manuell eingegeben werden.
-
Ebenso ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Bodenverdichtungssystem einen Speicher umfasst, in dem für mindestens zwei unterschiedliche Arten von Verdichtungselementen jeweils Daten, die eine Verteilung der relativen Spannung im Boden im einem Raumbereich unterhalb von dem Verdichtungselement charakterisieren, abgespeichert sind, und eine Erfassungseinrichtung umfasst, welche die Art des verwendeten Verdichtungselements erfasst, und/oder eine Eingabeeinrichtung, mit der die Art des verwendeten Verdichtungselements manuell eingegeben werden kann. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren an der Baustelle bei ganz unterschiedlichen Verdichtungselementen mit einem sehr guten Aussageergebnis angewendet werden. Nachfolgend wird eine bespielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Bodenverdichtungssystems mit einem Anbauverdichter mit einem Verdichtungselement;
-
2 eine schematische Darstellung der Grundprinzipien eines Verfahrens zum Ermitteln einer einen Boden unter dem Verdichtungselement von 1 charakterisierenden Größe;
-
3 einen schematischen Schnitt durch den Boden an einer Oberflächenstelle, an der das Verdichtungselement von 1 angreift;
-
4 ein Blockschaltbild des Bodenverdichtungssystems von 1; und
-
5 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Betreiben des Bodenverdichtungssystems von 1 zum Ermitteln eines Verdichtungsgrads.
-
Ein Bodenverdichtungssystem trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Anbauverdichter 16, der an einen Arm 14 eines Baggers 12 montiert ist. Der Anbauverdichter 16 umfasst ein Verdichtungselement in Form einer Verdichterplatte 18, die bei der in 1 dargestellten Betriebssituation an einer in 1 eng gestrichelt gezeichneten Oberflächenstelle 20 eines Bodens 22 angesetzt ist.
-
An dem Anbauverdichter 16 sind insgesamt vier Erfassungseinrichtungen in Form von Sensoren 24, 26, 28 und 30 vorhanden. Der Sensor 24 erfasst Schwingungen der Verdichterplatte 18, der Sensor 26 eine Kraft (statische Auflast), mit der die Verdichterplatte 18 vom Bagger 12 auf die Oberflächenstelle 20 gedrückt wird, der Sensor 28 einen oder mehrere Parameter, welche eine Bodeneigenschaft des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 charakterisieren, und der Sensor 30 den Typ der an dem Anbauverdichter 16 eingesetzten Verdichterplatte 18. Typische Bodeneigenschaften, die von dem Sensor 28 abhängig vom eingesetzten Sensortyp erfasst werden können, sind Farbe, Wassergehalt, elektrische Bodenleitfähigkeit, Scherfestigkeit, Geruch (bzw. chemische Zusammensetzung einer lokalen Ausgasung), Korngröße, Elastizität, Kompressibiltät, akustische Impedanz, elektrische Impedanz, Eigenstrahlung, und/oder Strahlungsabsorption.
-
Ferner ist an dem Anbauverdichter 16 noch ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem 32, vorliegend beispielhaft ein GPS-System, vorhanden, welches die aktuelle Position der Verdichterplatte 18 des Anbauverdichters 16 anzeigt. Die Signale der Sensoren 24 bis 30 und des GPS 32 werden drahtlos an ein Computersystem 34 des Bodenverdichtungssystems 10 übermittelt, welches im Bagger 12 angeordnet ist. Bei dem Computersystem 34 kann es sich um einen PC, ein Notebook, einen Tablet-PC oder Ähnliches handeln.
-
Das Computersystem 34 verfügt über einen Datenspeicher (nicht dargestellt) sowie einen Prozessor (nicht dargestellt). Auf dem Speicher ist ein Computerprogramm abgespeichert, welches vom Prozessor ausgeführt wird. Hierdurch werden auf Softwarebasis verschiedene Speicher und Verarbeitungseinrichtungen realisiert, wie weiter unten noch dargelegt werden wird. Das Computersystem 34 verfügt auch über eine Anzeige (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Bildschirms, sowie eine Eingabeeinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise in Form einer Tastatur, einer Spracheingabe, oder Ähnlichem.
-
Anhand der Darstellung von 2 wird nun das Grundprinzip eines Verfahrens erläutert, mit dem eine den Boden 22 unter der Verdichterplatte 18 charakterisierende Größe G ermittelt wird:
-
Mittels der Verdichterplatte 18 wird ein Signal in Form von mechanischen Schwingungen 36 in den Boden 22 eingekoppelt. Alternativ oder zusätzlich könnten durch entsprechende Einrichtungen auch Signale in Form von akustischen oder elektromagnetischen Schwingung und/oder einer Last auf den Boden aufgebracht oder in den Boden eingekoppelt werden.
-
Mit dem Sensor 24 wird ein erster Paramater P1 in Form einer Antwort 38 auf die in den Boden eingekoppelten Schwingungen 36 mit einer Amplitude oder einem Amplituden- und/oder einem Frequenzspektrum erfasst. Wäre das aufgebrachte Signal eine Last, wäre die entsprechende Antwort eine Setzung. Mit dem Sensor 28 wird, wie oben bereits erwähnt, ein zweiter Parameter P2 in Form einer Bodeneigenschaft erfasst. In 40 wird eine Kombination P1|P2 in der Art eines Wertepaares aus den zwei ermittelten bzw. erfassten Parametern P1 und P2 erstellt. Es versteht sich, dass zur Ermittlung der beiden Parameter P1 und P2 keineswegs zwingend zwei Sensoren 24 und 28 erforderlich sind. Möglich ist beispielsweise auch, dass nur ein Sensor eingesetzt wird und der erste Parameter die Messgröße selbst ist, wohingegen der zweite Parameter ein zeitlicher Verlauf der Messgröße ist.
-
Die erstellte Parameterkombination P1|P2 wird einem Vergleicher 42 zugeführt. Dieser vergleicht die erstellte Parameterkombination P1|P2 mit einer Vielzahl von in einer Datenbank 44 abgespeicherten Parameterkombinationen [P1|P2]a, [P1|P2]b, [P1|P2]c, ..., wobei jeder der abgespeicherten Parameterkombinationen eine den Boden (22) charakterisierende Größe [G]a, [G]b, [G]c, ... zugeordnet und mit der entsprechenden Parameterkombination abgespeichert ist. Die verwendete Datenbank 44 wurde zuvor in Feldversuchen erstellt.
-
Mit dem Vergleicher 42 wird jene der abgespeicherten Parameterkombinationen [P1|P2]i ermittelt, die am besten mit der erstellten Parameterkombination P1|P2 übereinstimmt. Die beste Übereinstimmung ist dadurch definiert, dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination P1|P2 die abgespeicherte Parameterkombination [P1|P2]i ist, größer als oder gleich wie ein Grenzwert ist. Dies wird vorliegend dann angenommen, wenn eine relative Abweichung eines jeden der Parameter P1 und P2 von dem entsprechenden Parameter P1 und P2 der abgespeicherten Kombination [P1|P2]i kleiner oder gleich ist wie ein Grenzwert. Zur Verbesserung der Genauigkeit ist es möglich, dass bei der Ermittlung der besten Übereinstimmung die Parameter P1 und P2 gewichtet werden. Ist die Wahrscheinlichkeit, dass die erstellte Parameterkombination P1|P2 eine abgespeicherte Parameterkombination [P1|P2]i ist, kleiner als oder gleich wie ein Grenzwert, wird eine Fehlermeldung erzeugt.
-
In 46 wird jene Größe [G]i, welche der ermittelten am besten übereinstimmenden abgespeicherten Parameterkombination [P1|P2]i zugeordnet ist, als die zu ermittelnde den Boden charakterisierende Größe G festgelegt. Bei der Größe G kann es sich um einen Verdichtungsgrad, eine Tragfähigkeit, eine Bodenart, oder einen Wassergehalt handeln. Vorliegend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Größe G die Bodenart ist. Mit dem soeben beschriebenen Verfahren wird also die Art des Bodens 22 ( also bspw. Lehm, Sand, Kies, Schotter oder Split, jeweils feucht oder trocken) unterhalb von der Verdichterplatte 18 ermittelt.
-
Die oben verwendete Datenbank 44 kann durch eine manuelle Eingabe während der Ausführung des Verfahrens adaptiert oder erweitert werden, insbesondere durch manuelle Eingabe einer erkannten Bodenart (bspw. Lehm, Sand Kies, Schotter, Split) und einer dazugehörenden Parameterkombination P1|P2.
-
In 3 sind die Verdichterplatte 18 und die Oberflächenstelle 20 sowie ein unterhalb von der Oberflächenstelle 20 liegender Raumbereich 48 des Bodens 22 vergrößert dargestellt. Ein Pfeil 50 soll die Kraft charakterisieren, mit der die Verdichterplatte 18 auf die Oberflächenstelle 20 drückt. Diese Kraft setzt sich zusammen aus der vom Sensor 26 ermittelten statischen Auflast und einer Kraftkomponente, die durch Schwingungen der Verdichterplatte 18, die durch einen nicht dargestellten Schwingungserzeuger erzeugt werden, hervorgerufen wird. Durch die Kraft 50 wird der Boden 22 im Raumbereich 48 verdichtet.
-
Dabei wird davon ausgegangen, dass eine weitere Verdichtung des Raumbereichs 48 dann nicht mehr möglich ist, wenn eine zeitliche Änderung eines Klirrfaktors, der mittels des Signals des Sensors 24 ermittelt wird, einen Grenzwert unterschreitet. Wird dies festgestellt, kann davon ausgegangen werden, dass eine relative Spannung an der Oberflächenstelle 20 unmittelbar unterhalb von der Verdichterplatte 18 maximal ist, also bei 100% liegt. Diese dreidimensionale Raumschale oder "relative Isobarenschale" ist in der zweidimensionalen Darstellung der 3 durch eine gestrichelte Linie 52a angedeutet.
-
Abhängig vom Typ der Verdichterplatte 18 entwickelt sich die relative Spannung mit größer werdendem Abstand von der Verdichterplatte 18 unterschiedlich. Für die hier verwendete Verdichterplatte 18 sind in der zweidimensionalen Darstellung der 3 beispielhaft Linien gleicher relativer Spannung (also "relative Isobaren") gestrichelt dargestellt. Eine Linie 52b steht für eine relative Spannung von 92%, eine Linie 52c für eine relative Spannung von 62%, und eine Linie 52d für eine relative Spannung von 10%. Man erkennt aus der vorliegenden zweidimensionalen Darstellung der 3, dass die Linien gleicher relativer Spannung sich ähnlich den Schalen einer Zwiebel ausgehend von der Oberflächenstelle 20 räumlich dreidimensional in den Boden 22 hinein ausbreiten.
-
In Kenntnis der Kraft 50 und der wirksamen Fläche der Verdichterplatte 18 kann aus der bekannten dimensionslosen relativen Spannung 52 eine absolute Spannung (bspw. mit der Dimension N/m2) ermittelt werden. In Kenntnis der ermittelten Art des Bodens 22 – wie oben unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurde – kann hieraus wiederum eine räumliche dreidimensionale Verteilung eines Verdichtungsgrads ermittelt werden. Ein Verdichtungsgrad von 0,7 ist bespielhaft in der zweidimensionalen 3 durch eine strichpunktierte Linie mit dem Bezugszeichen 54 angedeutet. Für einen Raumbereich 55, der zwischen der Verdichterplatte 18 und der Linie 54 liegt, und der in 3 gepunktet dargestellt ist, kann somit ein Verdichtungsgrad von mindestens 0,7 gewährleistet werden.
-
Zur Bestimmung des Raumbereichs 55 verfügt das Bodenverdichtungssystem 10, wie aus 4 ersichtlich ist, über verschiedene durch Funktionsblöcke dargestellte Einrichtungen, die durch Softwareprogramme des Computersystems 34 realisiert sind. So verfügt das Bodenverdichtungssystem 10 über eine Verarbeitungseinrichtung 56, die auf der Basis der Signale des Sensors 24 einen Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 ermittelt und dann, wenn dieser Verdichtungsfortschritt pro Zeit einen Grenzwert unterschreitet, mittels einer Einrichtung 58 ein Signal ausgibt, welches ein Verdichtungsende signalisiert. Ist ein solches Verdichtungsende erkannt worden, werden Funktionsblöcke in Gang gesetzt, die in dem Blockschaltbild von 4 durch einen strichpunktierten Block 60 eingegrenzt sind.
-
In einem Speicher 62 sind für verschiedene Arten von Verdichterplatten 18 die jeweiligen Verteilungen der relativen Spannung abgelegt. Auf der Basis des Signals des Sensors 30 wird eine der spezifischen Verdichterplatte 30 entsprechende Verteilung der relativen Spannung einer Verarbeitungseinrichtung 64 zugeführt. Diese erhält ebenfalls die Signale der Sensoren 24 und 26, aus denen die Verarbeitungseinrichtung 64 die oben erwähnte Kraft 50 berechnet.
-
Aus der Kraft 50 und aus der aus dem Speicher 62 abgerufenen relativen Spannung wird in der Verarbeitungseinrichtung 64 eine Verteilung einer absoluten Spannung in dem Raumbereich 48 unterhalb von der Verdichterplatte 18 ermittelt. Diese wird einer Verarbeitungseinrichtung 66 zugeführt, welche aus einem Speicher 68, in dem für verschiedene Arten von Boden jeweils ein Zusammenhang zwischen der absoluten Spannung und einem Verdichtungsgrad abgespeichert ist, den der hier spezifischen Bodenart entsprechenden Zusammenhang erhält. Dieser wird durch eine Auswahleinrichtung 70 auf der Basis der ermittelten Bodenart (siehe obige Erläuterungen im Zusammenhang mit 2) ausgewählt.
-
Mittels einer Eingabeeinrichtung 72 (bspw. einer Tastatur des Computersystems 34) kann ein minimal gewünschter Verdichtungsgrad, im obigen Beispiel ein Verdichtungsgrad von 0,7, eingegeben werden. Der gewünschte Verdichtungsgrad wird einer Verarbeitungseinrichtung 74 zugeführt, welche von der Verarbeitungseinrichtung 66 auch die Verteilung des tatsächlichen Verdichtungsgrads erhält. Diese Verarbeitungseinrichtung 74 ermittelt jenen Bereich (Bezugszeichen 55 in 3), bis zu dem ausgehend von der Verdichterplatte 18 der eingegebene minimale Verdichtungsgrad von 0,7 vorliegt. Die diesen Bereich charakterisierenden Daten werden zusammen mit der entsprechenden vom GPS 32 ermittelten geographischen Position in einem Speicher 76 abgespeichert.
-
Ein Verfahren zum Betreiben des Bodenverdichtungssystems 10 läuft wie folgt ab (5): Nach einem Start in 78 wird in 80 die Art des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 ermittelt (wie oben im Zusammenhang mit 2 erläutert), wobei dieser Verfahrensschritt auch später durchgeführt werden kann. In 82 wird die Verdichterplatte 18 des Anbauverdichters 16 an der Oberflächenstelle 20 angesetzt, und in 84 wird der Anbauverdichter 16 betrieben. In 86 wird die Auflast bzw. Kraft 50 ermittelt, und in 88 das Verdichtungsende. In 90 wird der Betrieb des Anbauverdichters 16 beendet. In 92 wird die absolute Spannung im Boden 22 für die spezielle Verdichterplatte 18 in dem Raumbereich 48 unterhalb der Oberflächenstelle 20 ermittelt, und zwar abhängig von der für die spezifische Verdichterplatte 18 vorab bei Verdichtungsende ermittelten relativen Spannung im Boden 22 in dem Raumbereich 48 unterhalb von der Verdichterplatte 18 und abhängig von der ermittelten Auflast 18. In 94 wird eine "Raumschale" ermittelt, welche jenen Bereich begrenzt, bis zu dem ausgehend von der Verdichterplatte 18 der in 72 vorgegebenen minimale Verdichtungsgrad vorliegt. In 96 werden die Daten, die den in 94 ermittelten Bereich charakterisieren, zusammen mit der geographischen Position abgespeichert. Das Verfahren endet in 98.
-
Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beurteilen einer mit einem stationären Verdichtungselement 18 erfolgten Verdichtung eines Bodens 22, welches Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Ermitteln einer Art des Bodens 22 an einer Oberflächenstelle 20 des Bodens 22; b. Betreiben des Verdichtungselements an der Oberflächenstelle 18; c. Ermitteln einer eine Auflast 50, mit der das Verdichtungselement 18 während des Betriebs auf die Oberflächenstelle 20 drückt, charakterisierenden Größe; d. Beenden des Betriebs des Verdichtungselements 18 dann, wenn erkannt wird, dass ein Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 einen Grenzwert unterschreitet Verdichtungsende; e. Ermitteln einer absoluten Spannung im Boden 22 für das Verdichtungselement 18 in einem Raumbereich 48 unterhalb der Oberflächenstelle 20, i abhängig von einer für das Verdichtungselement 18 vorab bei Verdichtungsende ermittelten relativen Spannung im Boden 22 in dem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 und ii abhängig von der ermittelten Auflast 50; f. Ermitteln eines Verdichtungsgrads i abhängig von der ermittelten Verteilung der absoluten Spannung und ii abhängig von der Art des Bodens 22.
-
Sowie ein solches Verfahren welches ferner umfasst: h. Vorgeben eines minimalen Verdichtungsgrads; i. Im Schritt g: Ermitteln eines Bereichs 55 unterhalb der Oberflächenstelle 20, bis zu dem ausgehend von dem Verdichtungselement 18 der vorgegebene minimale Verdichtungsgrad vorliegt.
-
Sowie ein solches Verfahren, bei dem die in den Schritten g oder i ermittelten Daten zusammen mit einer geografischen Position in einem Speicher 76 abgespeichert werden.
-
Sowie ein Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, umfassend ein Verdichtungselement 18 zum Verdichten eines Bodens 22 in einem Raumbereich 48 unterhalb einer Oberflächenstelle 20, welches ferner umfasst: a eine Erfassungseinrichtung 24 zum Erfassen einer ersten Größe, welche einen Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 charakterisiert; b. eine Erfassungseinrichtung 26 zum Erfassen einer zweiten Größe, welche eine Auflast 50, mit der das Verdichtungselement 18 während des Betriebs auf die Oberflächenstelle 20 drückt, charakterisiert; c. einen Speicher 62, in dem Daten, welche eine Verteilung der relativen Spannung im Boden 22 in einem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 für das Verdichtungselement 18 charakterisieren, abgespeichert sind; d. einen Speicher 68, in dem für mindestens zwei Arten von Boden 22 jeweils ein Zusammenhang zwischen einer absoluten Spannung und einem Verdichtungsgrad abgespeichert ist; e. eine Auswahleinrichtung 70, mit der eine Art von Boden 22 ausgewählt werden kann; f. eine Verarbeitungseinrichtung 56, welche ein Signal ausgibt, wenn ein anhand der ersten Größe ermittelter Verdichtungsfortschritt pro Zeit des Bodens 22 an der Oberflächenstelle 20 einen Grenzwert unterschreitet Verdichtungsende; g. eine Verarbeitungseinrichtung 64, welche Daten, die eine Verteilung einer absoluten Spannung im Boden 22 in dem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 charakterisieren, i abhängig von den im Speicher 62 gemäß c abgespeicherten Daten und ii abhängig von der erfassten Auflast 50 ermittelt; und h. eine Verarbeitungseinrichtung 66, welche i abhängig von den im Schritt g ermittelten Daten und ii abhängig von der ausgewählten Art des Bodens 22 Daten ermittelt, die eine Verteilung eines Verdichtungsgrads charakterisieren.
-
Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: i. eine Eingabeeinrichtung 72, mit der ein gewünschter minimaler Verdichtungsgrad eingegeben werden kann; und j. eine Verarbeitungseinrichtung 74, welche Daten ermittelt, die einen Bereich 55, bis zu dem ausgehend von dem Verdichtungselement 18 der eingegebene minimale Verdichtungsgrad vorliegt, charakterisieren.
-
Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: k. ein Positionsbestimmungssystem 32, vorzugsweise ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem; und l. einen Speicher 76, in dem die in den Schritten h oder j ermittelten Daten zusammen mit der vom Positionsbestimmungssystem 32 bestimmten geografischen Position abgespeichert werden können.
-
Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: m. eine Einrichtung 24, 28, welche so ausgebildet ist, dass sie die Ermittlung einer den Boden 22 an der Oberflächenstelle 20 charakterisierenden Größe G ermöglicht, und/oder eine Eingabeeinrichtung, mit der mindestens ein den Boden an der Oberflächenstelle charakterisierende Größe G manuell eingegeben werden kann; wobei die Auswahleinrichtung 70 gemäß obigem Merkmal e anhand der ermittelten oder eingegebenen Größe eine Art des Bodens 22 auswählt, oder bei die den Boden charakterisierende Größe selbst die Art des Bodens ist.
-
Sowie ein solches Bodenverdichtungs- oder Verdichtungsprüfgerät 10, welches ferner umfasst: n. einen Speicher 62, in dem für eine oder mehrere unterschiedliche Arten von Verdichtungselementen 18 jeweils Daten, die eine Verteilung der relativen Spannung im Boden 22 in einem Raumbereich 48 unterhalb von dem Verdichtungselement 18 charakterisieren, abgespeichert sind; o. eine Erfassungseinrichtung 30, welche die Art des verwendeten Verdichtungselements 18 erfasst, und/oder eine Eingabeeinrichtung, mit der die Art des verwendeten Verdichtungselements manuell eingegeben werden kann; wobei die Verarbeitungseinrichtung 64 gemäß Merkmal g die für die erfasste oder eingegebene Art des Verdichtungselements 18 abgespeicherten und die Verteilung der relativen Spannung charakterisierenden Daten verwendet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10355172 A1 [0002]
- DE 102011078919 A1 [0003]
