DE4411829A1 - Verfahren zur Ermittlung von bodenmechanischen Kennwerten und Sonde zur Durchführung der Messung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung bodenmecha­ nischer Kennwerte nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches sowie eine entsprechende Sonde.

Bei der Ermittlung von bodenmechanischen Kenngrößen werden u. a. Meßverfahren verwendet, bei denen die Kraft gemessen wird, die der Boden einem kegelförmigen Durchdringungskörper entgegen­ bringt.

Besonders bei bindigen Böden addiert sich zu der interessieren­ den Kraft eine Kraftkomponente, die durch die Schaftreibung der Sonde hervorgerufen wird.

Um diese Reibungskraft zu eliminieren bzw. gesondert zu messen, gibt es verschiedene Sonden und entsprechende Meßverfahren.

In DD-PS 2 86 729 wird ein Meßverfahren beschrieben, bei dem der Kraftübertragungsstab des Durchdringungskörpers im Inneren eines Schutzrohres reibungsfrei zur Kraftmeßeinrichtung ge­ führt wird. Das Schutzrohr ist starr mit dem Gehäuse der Kraft­ meßeinrichtung verbunden und überträgt auf dieses die Reibungs­ kraft. Der Übertragungsstab des Durchdringungskörpers ist mit dem Sensor der Kraftmeßeinrichtung starr verbunden. Am unteren Ende des Schutzrohres verbleibt zum Durchdringungskörper ein Spalt, der mit einem weichelastischen Material ausgefüllt ist. Wird der Durchdringungskörper in den Boden eingedrückt, wird an der Kraftmeßeinrichtung die Durchdringungskraft der kegelförmi­ gen Spitze und die Reibungskraft des zylindrischen Schaftstabes gemessen. Beim Rückzug der Sonde wird allein die Reibungskraft als Zugkraft an der Kraftmeßeinrichtung registriert. Aus der Differenz kann die Eindringkraft ermittelt werden.

Nach DD-PS 2 88 671 wird eine Sonde verwendet, die mit minde­ stens zwei Sondenstangen mit jeweils unterschiedlichen Durch­ dringungskörpern ausgestattet ist. Beim gemeinsamen Vorschub dieser unterschiedlichen Durchdringungskörper verursachen die Reibungskräfte zwischen Durchdringungskörper und Boden und die statischen und elastischen Druckanteile des Bodens unterschied­ liche Eindringkräfte, so daß für die jeweilige Tiefenlage stets ein System von Eindringkräften zur Kennzeichnung vorliegt. Aus diesem System können mit unterschiedlich gestalteten Durchdrin­ gungskörpern die jeweils wirkenden bodenmechanischen Parameter reibungskraftfrei berechnet werden.

Gemäß DD-PS 53 350 wird zur Vermeidung der Mantelreibung der Durchmesser des Schaftes der Sonde geringer bemessen als der Durchmesser der kegelförmigen Spitze, beispielsweise 0,7 des Sondenspitzendurchmessers. Am Schaft der Sonde ist eine Skala eingraviert, mit der die Eindringtiefe gemessen wird.

Bei hohen Bodenfestigkeiten ist ein derartiges System ungenau bzw. völlig ungeeignet.

Bei mechanisch angetriebenen Sonden, deren Einsatz insbesondere bei hohen Bodenfestigkeiten unumgänglich ist, besteht die Ge­ fahr des Verbiegens. Deshalb werden hierfür Sonden mit einem größeren Schaftdurchmesser verwendet. Hierbei wird der Druck­ sensor im Sondenrohr unmittelbar an der Koppelstelle zum Durch­ dringungskörper angebracht oder gemäß DE-OS 26 28 400 an die­ ser Stelle ein elastisches Meßelement mit einem linearen Ver­ schiebungsmesser installiert. Dadurch wird es möglich, die Ein­ dringkraft des kegelförmigen Durchdringungskörpers reibungsfrei zu messen.

Mit dem Stand der Technik kann folglich nur bei im Durchmesser vergrößerten Sondenstäben eine schaftreibungsfreie Messung zu­ friedenstellend vorgenommen werden. Die Messung erfolgt in Ab­ hängigkeit der Eindringtiefe.

In EP 2 81 683 A2 wird ein Verfahren zum Feststellen des Ver­ dichtungsendzustandes beim Arbeiten mit einer Bodenver­ dichtungsmaschine beschrieben. Hiernach wird ein vom Verdich­ tungszustand abhängiger Maschinenparameter überwacht und die zeitliche Veränderung des Verdichtungsgrades festgestellt. Das Verfahren ist jedoch darauf beschränkt, den Zeitpunkt des Er­ reichens des Verdichtungsendzustandes zu signalisieren.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine reibungskraft­ freie Messung der Durchdringungskraft auch mit Sonden geringen Durchmessers zu bewerkstelligen und gleichzeitig bodenmechani­ sche Kennwerte auf einfache Art und Weise objektiv zu ermit­ teln.

Erfindungsgemäß wird das Problem mit den Merkmalen des Kennzei­ chenteiles des 1. Patentanspruches und der im 2. Patentan­ spruch unter Schutz gestellten Sonde gelöst.

Die Handsonde zeichnet sich durch eine einfache Bedienbarkeit aus und vermeidet mechanische und damit störanfällige Teile. Das Meßverfahren ist manipulationsfrei.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Sonde in Verbindung mit der Datenerfassung und der nachfolgenden Datenauswertung wird es möglich,

• - den Verdichtungsstatus des Bodens tiefenabhängig zu diagnostizieren,
• - die druckbelastende Wirkung von landwirtschaftlichen Fahrzeugen zu messen,
• - die Auswertung der Landnutzung auf das Bodengefüge zu messen,
• - die Bearbeitungseffekte von Bodenbearbeitungs- und Un­ terbodenbearbeitungsgeräten zu quantifizieren sowie die Wiederverdichtungsprozesse nachzuweisen und
• - die räumliche Variabilität des Bodengefüges darzustel­ len bzw. zu beschreiben.

Die Erfindung soll nachstehend durch eine Zeichnung, die den Prinzipaufbau der Sonde darstellt und durch eine Beschreibung des Sondierverfahrens näher erläutert werden.

Das Display der Speicher- und Anzeigeeinrichtung 1 mit Zeitmessung, die über eine Datenschnittstelle zur Übertragung der gespeicherten Informationen verfügt, zeigt die Einsatz­ bereitschaft der Sonde an. Die Sonde ist nun möglichst gleichmäßig und lotrecht mit Hilfe der Handgriffe 2 in den Erdboden zu stechen. Dabei wird die Eindringtiefe ständig durch den Tiefensensor 3 ermittelt. Ist die nächste Tiefenstufe erreicht, wird der durch den Kraftsensor 4 ermittelte Wert der Durchdringungskraft und die gemessene Eindringzeit gespeichert. Nach Erreichen der maximalen Tiefe erscheint auf dem Display der maximale Wert der Durchdringungskraft und die Tiefe, in der diese Kraft gemessen wurde. Ab einer Anzahl von 10 Stichen kann der Sondierer die Sondierung des Meßplatzes beenden. Ab einer Anzahl von 15 Stichen wird die Sondierung zwingend beendet.

Wird die Sonde mehr als eine Tiefenstufe aus dem Boden gezogen, gilt der Stich als beendet. Die bisher ermittelten Meßwerte bleiben gültig. Dies wird z. B. beim Auftreffen auf einen un­ durchdringbaren Widerstand (Stein) wirksam. Auch wird dadurch ein Schutz vor Meßfehlern gewährleistet, die durch impulsförmi­ ge Stichbewegungen hervorgerufen werden.

Nach Beendigung der Sondierung werden die gespeicherten Meßwer­ te abgerufen und mit einem Computer in die gewünschten boden­ mechanischen Kennwerte umgewandelt.

Dadurch wird es möglich, statistische Auswertungen und graphi­ sche Darstellungen vorzunehmen, die im Straßenbau und im Bauwe­ sen sowie in der Landwirtschaft von außerordentlicher Bedeutung sind.

Die Sonde besitzt nachfolgenden Meßbereich:

Druck: < 0-10 N/mm²
Tiefe: 0,5-70 cm in Zentimeterstufen
Zeit: < 0,01 s zwischen zwei benachbarten Tiefenstufen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Ermittlung von bodenmechanischen Kennwerten, beispielsweise der Bodenstabilität, Tragfähigkeit, Verdichtung, Lagerungsdichte, wobei eine reibungskraftfreie Messung der Durchdringungskraft und Eindringtiefe erfolgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine kombinierte Messung der Durchdringungs­ kraft, Eindringtiefe und Eindringzeit durchgeführt wird.

2. Sonde zur Durchführung der Messung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchdringungskörper als Kraftsensor (4) ausgebildet ist, der Sondenstab einen berührungslosen Wegsensor (3) zur Tiefenmessung besitzt und am Handgriff (2) eine Datenschnittstelle besitzende Speicher- und Anzeigevor­ richtung (1) mit Zeitmessung angeordnet ist.