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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Untersuchungen zur Ueberpruefung des Luftporenanteils als Verdichtungsanforderung bei feinkoernigen Boeden und bindigen Mischboeden

Investigations to examine the air-void ratio as a compaction requirement for fine-grained soils and cohesive mixed soils

Die bodenmechanischen Eigenschaften von feinkoernigen Boeden und gemischtkoernigen Boeden mit Feinkornanteilen ueber 15 Masse-Prozent werden massgeblich von der Konsistenz und der Plastizitaet des Feinkorns bestimmt. Mittel- und langfristig koennen an Erdbauwerken, die aus diesen Bodenarten errichtet wurden, Schaeden entstehen, wenn Wasserzutritte eine Verringerung der Konsistenz der feinkoernigen Anteile bewirken. Um eine verminderte Scherfestigkeit, Sackungen und Setzungen zu vermeiden, wurden in den ZTV E-StB 09 Verdichtungsanforderungen festgelegt, die neben dem Verdichtungsgrad auch den Luftporenanteil beinhalten. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit sollte untersucht werden, welchen Einfluss der Luftporenanteil auf das Verformungsverhalten der oben genannten Boeden hat und inwieweit eine Verschaerfung der Anforderungen an den Luftporenanteil eine Verbesserung der dauerhaften Tragfaehigkeit und der Gebrauchstauglichkeit unter Beruecksichtigung eines erhoehten Verdichtungsaufwandes bewirkt. Es wurde zunaechst herausgearbeitet, welche Anforderungen hinsichtlich des Luftporenanteils bereits bestehen und inwieweit der Luftporenanteil als Verdichtungsanforderung geeignet ist. Der Luftporenanteil wird hierbei lediglich in Deutschland und Grossbritannien als Verdichtungsanforderung genannt. Anhand von fuenf Versuchsboeden, die nach DIN 18196 den Bodengruppen UL, TM, TA, SU* und GU* zuzuordnen sind, wurde anschliessend das Last-Verformungsverhalten bei oedometrischer Belastung und bei Wasserzutritt bei unterschiedlichen Spannungsniveaus untersucht. Die weiteren Laboruntersuchungen umfassten Triaxial- und Wasserdurchlaessigkeitsversuche. An einem Probefeld wurden Feldversuche zur Entwicklung des Luftporenanteils bei einer zunehmenden Anzahl an Walzenuebergaengen durchgefuehrt. Eindeutige Aussagen zum Einfluss des Luftporenanteils auf das Verformungsverhalten der untersuchten Boeden waren anhand der Laboruntersuchungen nur schwer zu treffen. Die Streuung der Versuchsergebnisse liess zumeist keine eindeutige Systematik hinsichtlich des Einflusses des Einbauzustandes erkennen. Ueberwiegend wiesen die Versuche, deren Einbaubedingungen innerhalb der nach ZTV E-StB 09 festgelegten Grenzen an Verdichtungsgrad, Wassergehalt und Luftporenanteil lagen, jedoch nur geringe Verformungen auf. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen belegen somit die Eignung der in den ZTV E-StB enthaltenen Verdichtungsanforderungen fuer Erdbaumassnahmen. Die Notwendigkeit einer Anpassung beziehungsweise Verschaerfung der Anforderungen an den Luftporenanteil laesst sich aus den Laboruntersuchungen nicht ableiten. Bei den Feldversuchen zeigte sich, dass mit den auf der Baustelle zur Verfuegung stehenden Walzenzuegen eine stetige, signifikante Erhoehung der Trockendichte und eine Verringerung der Luftporenanteile nur bis zu einem bestimmten Grad erreicht werden konnte, indem die Verdichtungsarbeit durch eine Erhoehung der Walzenuebergaenge gesteigert wurde. Teilweise bewirkten zusaetzliche Walzenuebergaenge sogar eine Auflockerung des Bodens. ABSTRACT IN ENGLISH: The soil-mechanical properties of fine-grained soils and cohesive mixed soils with more than 15 w% of fines are significantly influenced by consistency and plasticity. In the medium and long term earthworks built from these soils may sustain damage if influx of water leads to a reduction in the consistency of the fines. In order to avoid stability problems due to a reduction of shear strength, collapse and settlements compaction requirements have been defined in the Supplementary Technical Contract Provisions and Guidelines for Earthworks in Road Construction (ZTV E-StB), which include the degree of compaction as well as the air void ratio. This research aimed at analysing the influence of the air void ratio on the deformation properties of fine-grained soils and cohesive mixed soils with more than 15 w% of fines in order to demonstrate if or to what extent positive effects arise from a decreased air void ratio as a compaction requirement when building earthworks. At first studies on existing requirements regarding the air void ratio and its suitability as a compaction requirement were conducted, which showed that the air void ration is applied as a compaction requirement only in Germany and Great Britain. Five fine-grained and mixed-grained soils were selected, which according to DIN 18196 can be classified as UL, TM, TA, SU* and GU*. Investigations on the deformation properties of the soils were conducted as oedometer tests, with watering of the samples at different stress levels. Further laboratory investigations included triaxial and water permeability tests. In the field the development of the air void ration under increasing compaction work was examined. Based on the laboratory test results a clear assessment, to what extent the air void ratio influences the deformation behaviour of the investigated soils, is difficult to make. In most cases spreading of the test results impeded clear conclusions regarding the air void ratio and the identified soil properties. Most samples, whose initial conditions complied with the requirements of ZTV E-StB 09 regarding degree of compaction, water contend and air void ratio, showed no significant collapse or swelling during saturation. The results of the laboratory tests therefore support the compaction requirements for earthworks contained in the ZTV E-StB 09. Thus an adjustment or an increase of the requirements on the air void ratio cannot be deduced from the results of the laboratory investigations. Field tests showed that an increase in compaction energy accomplished by a higher number of roller passes lead to a reduction of air voids only to a certain degree.

Language

  • German

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01643990
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • ISBN: 978-3-95606-294-0
  • Files: ITRD
  • Created Date: Aug 24 2017 9:44AM