DE19727290A1

DE19727290A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Schichtdickenabweichung beim Wegebau

Info

Publication number: DE19727290A1
Application number: DE1997127290
Authority: DE
Original assignee: Kemna Bau Andreae & Co KG GmbH
Current assignee: Kemna Bau Andreae & Co KG GmbH
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: DE19727290C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Schichtdickenabweichung eingebrachter Baustoffe beim Bau von Wegen und eine dafür verwendbare Vorrichtung.

Die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen hat im April 1989 "Technische Prüfvorschriften zur Bestimmung der Dicken von Oberbauschichten im Straßenbau", TPD-StB 89, herausgegeben und darin drei Meßmethoden zur Ermittlung der jeweiligen Schichtdicke von Baustoffen angegeben. Neben zwei Verfahren der zerstörenden Prüfung durch Ziehen und Ausmessen von Bohrkernen sowie der Einbringung von Bohrungen zur in-situ-Dickenmessung ist auch ein in-situ-Verfahren angegeben, bei dem ein Meßprofil quer zur erzeugten Fahrbahn zwischen zwei in der Höhenlage unveränderlichen Meßpunkten festgelegt wird. Bei diesem Meßverfahren wird im Meßprofil eine dünne Schnur quer über die Fahrbahn straff gespannt und von hier aus der Abstand zu den Oberflächen der Schichten vor dem Einbau der jeweiligen nächsten Schicht gemessen. Das Verfahren ist bei Schichten mit oder ohne Bindemitteln bis zu Meßbreiten von maximal 10 m anwendbar. Dabei wird die Schnur auf beiden Seiten der Fahrbahn auf in der Höhenlage unveränderlichen Bezugspunkten, gegebenenfalls mit Distanzhaltern, aufgelegt. Die Schnur muß über eine Umlenkung geführt und durch eine Spannvorrichtung mit gleichbleibender Kraft gespannt werden, so daß der Durchhang möglichst gering ist. Es sollen jeweils drei Meßstellen mittels eines Abstandsmeßstabes und eines Zollstocks im Meßprofil gemessen werden, wobei der Abstandsmeßstab eine definierte Aufstandsfläche besitzen muß, um zufällige geringfügige Unebenheiten im Boden meßtechnisch ausschließen zu können.

Probleme ergeben sich dadurch, daß für das Fixieren der Meßschnur und das Anlegen eines Zollstockes drei Personen oder bei weniger Personal entsprechende Vorbereitungen zum Anbringen einer Spannvorrichtung an den Fixpunkt erforderlich sind. Meßfehler durch Ablesefehler am Zollstock und Durchhang der Schnur sind kaum vermeidbar.

Aus der EP-A1-0608141 ist eine Vorrichtung nach Art eines Richtscheites bekannt, bei dem dieses beidseits einer Unebenheit eines Bodens auf Füßen aufgesetzt wird. Eine zwischen den Füßen seitlich zu verschiebende Halterung führt einen vertikal beweglichen Meßstab. Beim Überrollen der Unebenheit zeigt der Meßstab in Höhe der Halterung eine Abweichung der gerade überrollten Unebenheit als Plus-/Minus-Maß an.

Nachteilig bei diesem Gerät ist, daß nur eine relative Unebenheit zu der Höhe der Füße ermittelbar ist und der Meßstab bzw. das Meßergebnis nicht fixierbar ist. Es muß also eine Unebenheitskurve zwischen den Füßen (Meßprofil) manuell nachgezeichnet werden. Eine Schichtdickenmessung ist nicht offenbart. Problematisch ist auch das Vermessen einer gewollten Profilierung im Meßprofil, z. B. einer Längsprofilierung eines Betonbettes (Querkraftsockel) beim Eisenbahnoberbau des System Feste Fahrbahn.

Ein demgegenüber besseres Verfahren und eine Aufzeichnungsvorrichtung zur Oberflächenprüfung von z. B. Estrichen und Rohdecken ist aus der DE-GM 71 39 038 bekannt. An einem horizontal ausgerichteten Meßbalken auf zwei Füßen ist ein zwischen den Füßen seitlich verschiebbarer Meßwagen angeordnet, der einen vertikal beweglichen Meßfühler trägt. Dieser Meßfühler mit einer Rolle als Spitze ist mit einem Schreibstift gekoppelt, der die Auslenkung des Meßfühlers als Unebenheit des Boden aufzeichnet. Das Gerät ist zum Aufspüren einer Abweichung von einer Horizontalen geeignet.

Beide Geräte mit querverschieblichem Meßgerät lassen sich beispielsweise für die Messung der Ebenheit von Kiesschichten nicht verwenden, da durch die Querverschiebung des Meßtasters die Kiesschicht ein neues Profil erhält. Das Positionieren und Querverschieben des Meßgerätes bedarf der Bedienung durch mehrere Personen.

Aus gattungsfremden Bereichen, z. B. aus dem Maschinenbau, sind Präzisionsmeßwerkzeuge für die Abweichung von der Horizontalen bekannt, z. B. Meßuhren an einem Meßbalken, der eine Dreipunktauflage hat (DE-A1 36 22 778).

Zur Prüfung der Ebenheit einer Waagenpfanne ist auch ein Prüftaster offenbart worden (DE-U-71 02 505), bei dem die Auslenkung des Tasters durch die pneumatische Staudruckmeßmethode oder elektro-induktive Mittel gemessen und angezeigt wird. Bei derartigen Meßgeräten spielen 1/1000 mm Abweichung von der Ebene eine Rolle. Ein Erwartungsbereich für Differenzmessungen von 1 mm oder mehr mm ist weder generell noch für den Wegebau offenbart.

Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Differenz einer Schichtdicke von eingebrachten Baustoffen im Bereich von 1 mm bis zu etlichen mm an zu fixierenden Stellen quer zur erzeugten Schicht eines Weges festzustellen, möglichst durch nur eine Person, innerhalb von Sekunden. Ergänzend sollen die Meßwerte ortsgetreu aufzuzeichnen sein.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Weiterbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung greift die Idee auf, daß auch beim Straßenbau mit der Verbesserung der Meßmethoden die Genauigkeit des Einbaus von Baustoffen erhöht werden kann, wenn es auch gelingt, ein einfaches und praktikables Meßgerät zu entwickeln. Bisher ist der Personalaufwand für die Messung und die Dokumentation relativ hoch, wobei trotzdem nur Toleranzen von einigen Millimetern feststellbar sind.

Der erfindungsgemäße Verfahrensschritt des Aufstellens von in Höhe, Längsrichtung und Querrichtung eingemessenen Festpunkten an gegenüberliegenden Orten beidseits des Weges wird auch bisher schon vorgenommen. Derartige Festpunkte dienen dann der Richtdrahtführung für die Maschinen zum Einbau der Baustoffe, insbesondere von Asphaltfertigern oder Betonfertigern, mit denen in der gesamten Wegebreite oder häufig auch der Hälfte der Wegebreite eine Asphaltdecke oder eine Betonschicht kontinuierlich eingebracht wird.

Anstelle der bisher zu verwendenden Schnüre, mit denen dann ein Wegeprofil, ein Meßprofil quer zur Fahrbahn, ausgemessen wird, soll erfindungsgemäß nunmehr ein biegesteifes Richtscheit Verwendung finden, das auf die zuvor eingemessenen Festpunkte aufgelegt wird. Ein derartiges Richtscheit z. B. aus einem Aluminium-Vierkanthohlprofil, ist so leicht, daß es von einem Mann auch bei 10 m Breite leicht getragen und bedient werden kann.

Nach Auflegen, das heißt Absenken des Richtscheites auf die beidseits der Fahrbahn angeordneten Festpunkte, drückt ein Kontaktstab den Meßtaster eines auf dem Richtscheit angeordneten Meßgerätes in die Höhe. Dieser Kontaktstab ist in seiner Länge zuvor auf den Erwartungswert entsprechend der eingebrachten Schichtdicke des Baustoffes in seiner Länge justiert, so daß das Meßgerät ein Longitudinalmaß als Differenzmaß zu dem Sollwert der Schichtdicke anzeigt. Als Längenmeßgerät kann dabei eine Meßuhr Verwendung finden, deren Meßtaster im einfachsten Fall gegen Federwiderstand um das Differenzmaß zusammengedrückt oder entspannt wird. Bei entsprechender Größe der Meßuhr oder der Meßanzeige und einer entsprechender Ausrichtung in Blickrichtung des Bedieners des Richtscheites kann dieser innerhalb von Sekunden die Meßabweichung feststellen und dies einem Protokollanten mitteilen oder z. B. auf einem Diktiergerät aufzeichnen. Da die Lage der Festpunkte bekannt ist, ist das Meßergebnis unmittelbar den entsprechenden Wegestrecke oder dem Wegepunkt zuzuordnen.

Alternativ kann erfindungsgemäß entsprechend der festgestellten Differenzdicke ein elektronisches oder elektrisches Signal erzeugt werden, das von einer entsprechenden Auswerteinrichtung aufgezeichnet wird. Dabei kann es sich z. B. um einen Mini-Computer handeln, der ebenfalls auf dem Richtscheit angeordnet ist, oder das Meßergebnis wird per Funk an eine Datenempfangsstation übertragen.

Im günstigsten Fall ist dieses elektronische Aufzeichnungsgerät mit einer Eingabeeinrichtung versehen, in der bei Beginn der Messung die entsprechend zu vermessende Wegestrecke bezeichnet wird und auch das Sollmaß der Meßdicke der eingebrachten Schicht voreingestellt ist. In diesem Fall kann die Meßdifferenz direkt angezeigt oder aufgezeichnet werden.

Der Kontaktstab, der den Meßtaster oder das elektroinduktive Längenmeßgerät durch longitudinale Auslenkung des entsprechenden Meßtasters oder Meßkopfes beaufschlagt, kann z. B. mit einer teleskopischen Feststellung oder einer Zahnstangenverstellung ausgerüstet sein und vor Meßbeginn auf den Erwartungswert in seiner Länge fixiert werden. Zur Vermeidung von punktuellen Meßfehlern ist der Kontaktstab an seiner den Boden berührenden Seite mit einer genormten Kontaktplatte oder Auflagefläche von z. B. 100 cm² versehen, wodurch auch ein Einsinken des Kontaktstabes, anders als beim Stand der Technik, in Kies- oder Sandschichten verhindert wird.

Die Auslenkung des Meßtasters wird also allein dadurch bewirkt, daß der Bediener des Richtscheits dieses an den Festpunkten einfach vertikal abläßt und so eine Verschiebung des Kontaktstabes relativ zum Richtscheit bewirkt. Dieser Kontaktstab ist an einem vorher festgelegten Punkt des Richtscheites, oder an mehreren Punkten gleichzeitig, in einer Führung, z. B. nach Art eines für sich bekannten Kreuzschlittens, an dem Richtscheit fixiert und die Längenmeßeinrichtung, z. B. die Meßuhr selbst, ebenfalls auf dieser Führungseinrichtung angeordnet, aber unverrückbar ist.

Anstelle einer teleskopischen Verstellung oder generell einer Längenänderung des Kontaktstabes kann dieser auch so ausgebildet sein, daß er nicht in seiner Länge, sondern nur in seiner Höhenlage relativ zum Richtscheit durch eine Arretierung fixiert wird, welche es erlaubt, daß der Meßstab nur eine Plus-/Minusbewegung in vertikaler Richtung zuläßt die dem maximal zu erwartenden Abweichungswert zum Sollmaß entspricht. Dies könnte z. B. eine C-förmige, den zuvor erwähnten Kreuzschlitten oder die Führungseinrichtung umgreifende und am Kontaktstab festzulegende Klammer sein, die mit auskragenden zungenartigen Wegbegrenzern nur eine Relativbewegung zum Richtscheit in vorgegebener Größenordnung zuläßt. Bevor die Schichtdicke vermessen wird, wird diese Klammer in der der Schichtdicke entsprechenden Höhe am Kontaktstab versetzt und dort am Kontaktstab arretiert. Die Schichtdickenänderung kann natürlich ein Additivwert oder ein Subtraktionswert sein und demgemäß die Klammer versetzt werden.

Erfindungsgemäß kann das Meßgerät, z. B. die Meßuhr, mit einem Schleppzeiger versehen werden, damit das ermittelte Abweichungsmaß für die Ablesung kurzzeitig fixiert werden kann, bevor es auf den Ausgangspunkt oder Nullwert zurückgestellt wird. Diese Schleppanzeige oder mechanische Maximalwertanzeige, die gegebenenfalls gekoppelt ist mit farbigen Markierungen zur sofortigen Feststellung, ob der jeweilige Meßpunkt im Toleranzbereich liegt oder nicht, läßt unmittelbar eine Entscheidung über Gutwerte oder Schlechtwerte zu, ohne daß der absolute Meßwert bekannt sein muß.

Die elektronische Registrierung der Meßergebnisse läßt eine zuverlässige Dokumentation über die fachmännische Herstellung des Weges und für den Bauherrn eine nachträgliche Kontrolle zu.

Anhand einer schematischen Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die Meßsituation an einem Wegprofil;

Fig. 2, 3 zwei Varianten der Verknüpfung eines Kontaktstabes mit einem Längenmeßgerät in Seitenansicht mit Teilschnitt;

Fig. 4 eine Vorderansicht gemäß Fig. 2.

Im folgenden weisen identisch oder gleichwirkende Bauteile identische Bezugsziffern auf.

Fig. 1 zeigt die Meßsituation beim erfindungsgemäßen Meßverfahren. Vor Beginn des Wegebaues in eine Bodenebene 23 eingeschlagene Stäbe als Festpunkte 24 sind längs eines zu erzeugenden Weges oder einer Bodenschicht 22 parallel jeweils zueinander und in vorgegebenen Abständen hintereinander angeordnet. Auf diese Festpunkte 24 kann ein Richtscheit 1 mit in entsprechendem seitlichem Festpunktabstand angeordneten Zentrierungen 25, z. B. trichterförmigen Hülsen, abgesetzt werden. An z. B. vier Meßpunkten sind Führungseinrichtungen 2, gekoppelt mit Meßuhren 4 und Kontaktstäben 11, arretiert worden. Beim Absenken des Richtscheites 1 auf die Festpunkte 24 berühren die Auflageflächen 12 der Kontaktstäbe 11, deren Länge zuvor auf die Solldifferenz zwischen der Höhe der Festpunkte und der Solldicke der Bodenschicht 22 eingestellt wurden, die Oberfläche der Bodenschicht und erzeugen bei Abweichung von der Solldicke an den zuvor definierten Meßpunkten an der Meßuhr 4 eine Distanzdifferenz, die an dem Distanzzeiger 6 (Fig. 4) ablesbar ist. Diese Differenz kann auch an Registriereinrichtungen 26 jeden Meßpunktes erfaßt und/oder angezeigt werden, z. B. in Digitalziffern. Zugleich kann ein Meßcomputer 21 am Richtscheit alle Meßwerte erfassen und auch dazu dienen, die jeweiligen Standorte der Festpunkte 24 einzugeben oder sonstige ortsbezogenen Angaben und die Solldicke der Bodenschicht 22 zu definieren.

Fig. 2 zeigt die Führung 2 und deren Kopplung mit dem Kontaktstab 11 in Seitenansicht mit Teilschnitt, das Richtscheit 1, z. B. ein Vierkantprofil, ist von der Führung 2, welche als hohles Kastenprofil ausgebildet ist, umschlossen, während orthogonal zu dem Kastenprofil 2 ein weiteres Kastenprofil 27, einen z. B. als Vierkantprofil ausgebildeten Kontaktstab 11, dargestellt ist ein rechteckiges Aluminiumrohr, umschließt. Oberhalb der Führung 2 ist an dem Kontaktstab 11 eine Zunge 9 angeschweißt, während unterhalb der Führung 2 die Beweglichkeit des lose in dem als Vertikalführung dienenden Teil 12 gelagerten Kontaktstabes 11 durch einen Anschlag 10 begrenzt wird. Die Zunge 9 betätigt einen Meßtaster 7. Der Meßtaster gehört zu einer Meßuhr 4, die an ihrer Führungshülse 13 mittels Arretierung 5 an einem Meßuhrhalter 3 auf der Führung 2 befestigt ist.

Fig. 4 zeigt diese Situation in Vorderansicht, wobei auch die Arretierung 8 für die Führung 2 auf dem Richtscheit 1 z. B. in Form von Flügelmuttern, die gegen die Unterseite des Richtscheites durch die Führung 2 geschraubt werden, dargestellt ist. Der Kontaktstab 11 hat in vordefinierten exakten Abständen Bohrungen 14 in bekanntem Abstand zur Auflagefläche 12 unter dem Kontaktstab. Sobald die Auflagefläche 12 die Bodenschicht 22 (Fig. 1) berührt, schiebt der Kontaktstab 11 mit seiner Zunge 9 den Meßtaster 7 in die Führungshülse 13, so daß an der Meßuhr 4 ein Distanzzeiger 6 eine positive Dickenabweichung der Baustoffschicht 22 anzeigen kann. In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist die Meßuhr in Ausgangsposition gezeigt. Bei negativer Abweichung von der Solldicke der Bodenschicht 22 würde die in dem Meßtaster 7 angeordnete Rückstellfeder den Zeiger 6 entsprechend negativ auslenken.

Fig. 3 zeigt eine Alternative zu der Befestigung des Kontaktstabes 11 und der Beaufschlagung des Meßtasters 7 der Meßuhr 4. Durch die Bohrungen 14 (Fig. 4) des Kontaktstabes ist eine Klammer 15 geschoben, die aus einem in seiner Länge vorgebbaren Distanzstück 17 und den Zungen 18 bzw. 19, die mit dem Distanzstück fest verbunden sind, dargestellt. Die Zungen 18,19 greifen durch die Bohrungen 14 und können dann am Kontaktstab mittels Fixierungen 20 festgelegt werden. Die Zunge 18 kann um das Maß y der Hubdifferenz bis zur Führung 2 bewegt werden, wobei ihm der federbelastete Meßtaster 7 folgt und gegebenenfalls eine negative Höhendifferenz anzeigt. In gleicher Weise kann die Zunge 19 um die Hubdifferenz x in Richtung Führung 2 bewegt werden, bevor sie an der Führung 2 anschlägt und so der Kontaktstab eine Hubbegrenzung erfährt.

Diese Lösung erübrigt eine Teleskopverstellung oder Zahnstangenverstellung oder sonstige Längenänderung des Kontaktstabes. Dieser kann seine Länge beibehalten, und lediglich durch das Umsetzen der Klammer 15 am Kontaktstab 11 wird der jeweilige Meßbereich fixiert.

Bezugszeichenliste

1

Richtscheit

2

Führung

3

Meßuhrhalter

4

Meßuhr

5

Meßuhrarettierung

6

Differenzzeiger

7

Meßtaster

8

Arretierung für Führung

9

Zunge

10

Anschlag

11

Kontaktstab

12

Auflagefläche

13

Führungshülse

14

Bohrung

15

Klammer

17

Distanzstück

18

Zunge

19

Zunge

20

Fixierung

21

Meßcomputer

22

Baustoffschicht

23

Baustoffebene

24

Festpunkt

25

Zentrierung

26

Registriereinrichtung

27

Kastenprofil
x, y Hubdifferenzen

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Schichtdicke (22) eingebrachter Baustoffe beim Bau von Wegen, umfassend folgende Verfahrensschritte:

- Aufstellen von in Höhe, Längsrichtung und Querrichtung eingemessenen Festpunkten (24) an gegenüberliegenden Orten beidseits des Weges,
- Auflegen eines den Weg überbrückenden biegesteifen Richtscheites (1) auf die Festpunkte, wobei zuvor ein den Abstand zwischen der Oberfläche des Baustoffes und dem Richtscheit überspannender Kontaktstab (11) auf ein Sollmaß der Dicke der Schicht (22) eingestellt wurde,
- Festellen der Differenzdicke der Schicht gegenüber dem Sollmaß durch Betätigen eines auf dem Richtscheit angeordneten Längenmeßgerätes (4), dessen Meßtaster (7) vom Kontaktstab beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Längenmeßgeräte (4) in vordefinierten Abständen auf dem Richtscheit (1) angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenmeßgerät (4) ein der Differenzdicke entsprechendes elektrisches Signal erzeugt welches von einer Auswerteeinrichtung (21, 26) aufgezeichnet wird, wobei die Zuordnung zum Festpunkt (24) manuell oder automatisch erfaßt wird.

4. Vorrichtung zur Feststellung von punktuellen Abweichungen von einem Sollmaß unter Verwendung zweier Fixpunkte, insbesondere zur Verwendung bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein biegesteifes Richtscheit, einen orthogonal zu dem Richtscheit angeordneten, vertikal beweglichen Kontaktstab für einen Meßpunkt, einer das Richtscheit und den Kontaktstab wenigstens teilweise umgreifende Führung, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (2) auf dem Richtscheit (1) festsetzbar ist und ein Längenmeßgerät (4) trägt, dessen Meßtaster (7) über den Kontaktstab (11) betätigbar und der Kontaktstab in der Höhe um vorgebbare Sollmaße verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenmeßgerät (4) eine mechanische Maximalanzeige (6) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenmeßgerät mit einer elektroinduktiven Längenmeßeinrichtung ausgestattet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (7) mit einer seine Auslenkung erfassenden Registriereinrichtung (21, 26) gekoppelt ist.