Experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen zur Verdichtungsprognose von Sand bei der Rütteldruckverdichtung

Locker gelagerte nichtbindige Böden werden in zahlreichen Anwendungsfällen erfolgreich durch den Einsatz von Tiefenrüttlern bei der Rütteldruckverdichtung verbessert. Eine verlässliche, physikalisch fundierte Prognose des Verdichtungserfolgs kann für die wirtschaftliche Umsetzung der Maßnahmen jedoch entscheidend sein. Die Ausbreitung von seismischen Wellen, großräumige, plastische Verformungen, Porenwasserdruckaufbau und Materialtransport infolge der Bewegung des Tiefenrüttlers bestimmen den Verdichtungserfolg maßgeblich, können aber in ihrer Gesamtheit bei Simulationen nicht berücksichtigt werden. Zur Verbesserung der Prognosequalität wird ein Vorgehen vorgeschlagen, bei welchem zunächst eine mehrdimensionale Dehnungsamplitude zur Beschreibung der auftretenden Verformungen berechnet und anschließend die Akkumulation der Verformungen infolge einer Vielzahl von Zyklen (Rotationen des Rüttlers) mit einem Akkumulationsmodell abgeschätzt wird. Dazu stehen analytische und numerische Ansätze zur Verfügung, welche einen begrenzten Bodenbereich um den Tiefenrüttler betrachten und vergleichbare, plausible Ergebnisse sowohl für die Wellenausbreitung als auch für die Dehnungsamplitude liefern. Zur Untersuchung des Verformungsverhaltens eines Sands bei Dehnungsamplituden bis in den Prozentbereich wurden Hohlzylindertriaxialversuche mit einer zyklischen Verdrehung der Fußplatte durchgeführt, welche ein überwiegend homogenes Dehnungsfeld zeigten. Durch die Nachrechnung der Laborversuche mit einem Akkumulationsmodell für große Dehnungsamplituden und Anpassung der Modellparameter ist es möglich, das Verformungsverhalten im Falle der Rütteldruckverdichtung zu beschreiben und durch Erweiterung des Vorgehens für die Abschätzung des Rastermaßes zu verwenden.

Experimental, analytical and numerical investigations on vibro compaction of sand
Loosely bedded non-cohesive soils are successfully improved in numerous applications through the use of deep vibrators in vibro compaction treatments. However, a reliable, physically sound prognosis of the compaction success can be decisive for the economic implementation of the measures. The propagation of waves, large-scale plastic deformations, pore water pressure build-up and material transport as a result of the movement of the deep vibrator are decisive ingredients of compaction success, but cannot be taken into account as a whole in simulations. In order to improve the prediction quality, a procedure is proposed in which a multidimensional strain amplitude is calculated to describe the occurring deformations and then the accumulation of the deformations due to a multitude of cycles (rotations of the vibrator) is estimated with an accumulation model. For this purpose, analytical and numerical approaches are available which consider a limited soil area around the deep vibrator and provide comparable, plausible results both for wave propagation and for the strain amplitude. In order to investigate the deformation behaviour of a sand at strain amplitudes up to the percentage range, hollow cylinder triaxial tests with a cyclic rotation of the base plate were performed, which showed a predominantly homogeneous strain field. By recalculating the laboratory tests with an accumulation model for large strain amplitudes and adjusting the model parameters, it is possible to describe the deformation behaviour in the case of vibro compaction and to use it for the estimation of the grid dimension for the densification points by extending the procedure.