Verdichtungsanforderungen nach ZTV-W 205 für Erdarbeiten

BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

BAW - DH / 2008-09 K1 Folie-Nr. 1

Verdichtungsanforderungen nach

ZTV-W 205 für Erdarbeiten(Ausgabe 1992)

Verdichtungsanforderungen nach

ZTV-W 205 für Erdarbeiten(Ausgabe 1992)

Referat K1 Geotechnik Nord - Dipl.-Ing. Frank LiebetruthReferat G2 Grundbau - Dipl.-Ing. Michael Pietsch


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ZTV W205 - INHALTSVERZEICHNISAllgemeines

1 Geltungsbereich2 Stoffe, Bauteile; Boden und Fels2.1 Klasse 2: Fließende Bodenarten2.2 Klasse 3: Leicht lösbare Bodenarten2.3 Klasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten2.4 Klasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten2.5 Klasse 7: Schwer lösbarer Fels

3 Ausführung3.1 Auffinden von Altlasten oder Sprengkörpern3.2 Wasserabfluß3.3 Spülverfahren3.4 Einbau verschiedener Bodenarten3.5 Lagenweiser Einbau3.6 Einbau witterungsempfindlicher Baustoffe3.7 Probeverdichtung3.8 Verdichtungsanforderungen3.9 Böschungsausrundungen von Erdbauwerken3.10 Hinterfüllen, Auffüllen und Überschütten von baulichen Anlagen3.11 Verfüllen von Leitungsgräben

4 Prüfungen4.1 Allgemeines4.2 Eignungsprüfungen4.3 Eigenüberwachungsprüfungen4.4 Kontrollprüfungen4.5 Schiedsuntersuchungen


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Die hinter den Abschnittsüberschriften in Klammern gesetzten Ziffernbeziehen sich auf … DIN 18300 “Technische Vertragsbedingungenfür Erdarbeiten”, Ausgabe Sept. 1988.

(Neueste Ausgabe 2006-10)

3.8 Verdichtungsanforderungen (zu Nr. 3.7)

zum Beispiel:

ZTV-W 205 für Erdarbeiten (Ausgabe 1992)Allgemeines

ZTV-W 205 für Erdarbeiten (Ausgabe 1992)Allgemeines


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Probeverdichtung (ZTV W 205)Probeverdichtung (ZTV W 205)

3.7 Probeverdichtung

(21) Bei Beginn der Verdichtungsarbeiten hat der Auftragnehmerdurch Probeverdichtung nachzuweisen, dass die für das Verdichten vorgeschriebenen Anforderungen mit dem gewähltenArbeitsverfahren erreicht werden.

Empfehlung:• Probefeld• punktuelle VerdichtungskontrolleLagerungsdichte / Verdichtungsgrad (“Proctordichte”)

• flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle (FDVK)


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FDVKFDVK

• FDVK - flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle

[Prospekt Firma BOMAG]

• Merkblattüber flächendeckende dynamischeVerfahren zur Prüfung der Verdichtungim Erdbau, Ausgabe 1993 (FGSV 547)

• Kalibrierung (ω – Wert mitLagerungsdichte / Verdichtungsgrad)

• Anwendung bei- grobkörnigen Böden (SE,SW,SI,GE,GW,GI)- gemischtkörnigen Böden (GU,SU,GT,ST)


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ProbefeldProbefeld

• Verschiedene Schichtdicken• Unterschiedliche Anzahl anVerdichtungsübergängen

• Variation der Verdichtungsenergie(ω–Wert der FDVK)

• Variation der Wassergehalte

• Dokumentation der Teilversuche

Ein Probefeld besteht aus mehrerenTeilflächen!

- Witterungsverhältnisse- Wassermenge- Frequenz, Amplitude, Geschwindigkeit FDVK- Anzahl der Verdichtungsübergänge

- Schüttlagennummer- Lageplan (Lage/Höhe der Probenentnahme)

- Schichtdicke

Proben-entnahme


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ProbefeldProbefeld

• Probenentnahme (DIN 18125-2)

- Kornverteilung (DIN 18123)

- Lagerungsdichte D (DIN 18126)- Verdichtungsgrad Dpr (DIN 18127)

- Wassergehalt (DIN 18121)

- ω–Wert der FDVK

- z.B. Flüssigkeitsersatz-Verfahren

• Laborversuche

• Maschinenparameter


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Verdichtungsanforderungen (ZTV W 205)Verdichtungsanforderungen (ZTV W 205)

(22) Für Dämme oder Deiche muss zur Einhaltung der Erosions- oderSuffosionssicherheitdie Lagerungsdichte für grobkörnige Bodenarten


- der Gruppen GW und GI mindestens D = 1,3- der Gruppen GE, SE, SW und SI mindestens D = 1,0betragen.

nach Grundbautaschenbuch Teil 1

D Benennung0 bis 0,15 sehr locker

0,15 bis 0,30 locker0,30 bis 0,50 mitteldicht0,50 bis 0,80 dicht

> 0,80 sehr dicht


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(22) Für Dämme oder Deiche muss zur Einhaltung der Erosions- oderSuffosionssicherheitder Verdichtungsgrad für gemischt- und feinkörnige Bodenarten


- der Gruppen GU, GT, SU, ST, OH und OK mindestens Dpr = 1,0

- der Gruppen GŪ, G T , SŪ, S T , U, T, OU und OT mindestens Dpr = 0,97

betragen.


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Grobkörnige Böden Gemischt- und feinkörnige Böden

Lagerungsdichte D

VerdichtungsgradDpr

2 unterschiedliche Versuchsverfahren2 unterschiedliche Versuchsverfahren

Einrüttelungsversuch(Schlaggabel- /

Rütteltischverfahren)

Stampfversuch(Proctorversuch)


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Versuchstechnische Ermittlung der Lagerungsdichte DVersuchstechnische Ermittlung der Lagerungsdichte D

ρd = Trockendichte (DIN 18125 Teil 2 - Feldversuche)

ρd – min ρdmax ρd – min ρd

D =

min ρd = Dichte bei lockerster Lagerung (DIN 18126)

Problem: grobkörnige Böden mit U < 5 (enggestufte Sande und Kiese)

max ρd = Dichte bei dichtester Lagerung (DIN 18126)

in Norddeutschland überwiegend


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Ungenauigkeiten bei der Ermittlung der Lagerungsdichte DUngenauigkeiten bei der Ermittlung der Lagerungsdichte D

LaborversucheFeldversuche mathematische Beziehungen

Einflussfaktoren


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Lagerungsdichte DEinflussfaktor Feldversuche


• Ausstechzylinder - Verfahren

- In dicht gelagerten Sanden (Auflockerung)- In locker gelagerten Sanden (Verdichtung)

A

OK oberste Lage Planum

≥ 0,5m

V

!

Ausstechzylinder-Verfahren

- Gute Ergebnisse: bindige Böden steifer KonsistenzFeinsande mitteldichter Lagerung


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45

40

35

3030 35 40 45

Porenanteil n [%] aus der Zylinderentnahme

Pore

nant

eil n

[%] d

er S

ands

chüt

tung

Verdichtung

Auflockerung

Fehler Ausstechzylinder - Verfahren

nach Dörken

SollgradenSchüttung = nAusstechzylinder


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Min-Wert

Max-Wert

1,714Mittelwert

1,2171,8390,8901,7800,9291,7805_Ost

1,2791,8480,9001,7240,9261,7005_Mitte

1,1501,8400,8501,7730,9311,7905_West

0,8441,7370,6101,6790,6961,6804_Ost

0,9881,7920,7401,7000,9591,7604_Mitte

0,7831,6990,6601,6790,8631,7304_West

0,7671,6900,5201,6440,6661,6701_Ost

0,8091,7140,6401,6440,6951,6701_Mitte

1,1861,8190,5301,6410,6421,6501_West

[-][t/m³][-][t/m³][-][t/m³]

DρdDρdDρdPrüffeld(Flüssigkeitsersatz-Verfahren)(Ausstechzylinder-Verfahren)(Ausstechzylinder-Verfahren)

BAWPrüflabor ANPrüflabor AG

1,714 1,696 1,7750,812 0,704 1,003



Praxisbeispiel – HOW Los G


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Empfehlung:

• Flüssigkeitsersatz-Verfahren fordern• Ausstechzylinder-Verfahren ausschließen

- Dichtefehler bei größerer Probenmenge niedriger(Wasservolumen)

- minimal 6 Liter Wasservolumen




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Lagerungsdichte DEinflussfaktor Laborversuche

Lagerungsdichte DEinflussfaktor Laborversuche

D [-]

ρd [t/m³]HOW Los Gmin ρd [t/m³]max ρd [t/m³]

Laborant 3

Laborant2

Laborant1

Bodenmechanische ParameterProbefeld

• identische Versuchsbedingungen (Labor der BAW)• gleiches Probenmaterial• gleiche Trockendichte ρd• Dichte bei dichtester Lagerung (max ρd) mit Schlaggabelversuch

1,833 1,787 1,757

1,468 1,464 1,490

1,839 1,839 1,8391,017 1,163 1,305

• Dichte bei lockerster Lagerung (min ρd) mit Einfülltrichter


D =Praxisbeispiel – BAW Labor


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Lagerungsdichte DEinflussfaktor mathematische Beziehung


max n = Porenanteil bei lockerster Lagerung bei Sand zwischen 0,41 und 0,47


D = max n – n max n – min n=

je kleiner die Ungleichförmigkeitszahl U

- desto größer die Ungenauigkeit bei D

min n = Porenanteil bei dichtester Lagerungbei Sand zwischen 0,27 und 0,39

n = Porenanteil der Bodenprobe

- desto kleiner max n - min n bzw. max ρd – min ρd

Diskussionsvorschlag: d

d*

maxD

ρρ

= Leussink (1962)


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BAW

Prüflabor AN

Prüflabor AG

MittelwerteMittelwerteMittelwerte[ - ][ - ][ - ][ - ][ - ]Dnmax n - min nmax nmin nLabor

0,330

0,319

0,331

0,438

0,449

0,441

0,108

0,130

0,110

0,351

0,353

0,330

0,806

0,738

1,009

D = max n – n max n – min n

Praxisbeispiel – HOW Los G

D*[ % ]

97

95

100

d

d*

maxD

ρρ

=


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Lagerungsdichte DEinflussfaktoren – Laborversuche / mathematische Beziehung

Lagerungsdichte DEinflussfaktoren – Laborversuche / mathematische Beziehung

Empfehlung:

- Versuchsdurchführung von gleicher Person- Verwendung gleicher Einfülltrichter und Versuchszylinder

- Versuchsprotokoll nach (DIN 18126, Abs. 9 und 10)

- nur Rütteltischversuch (max ρd) mit genormter Amplitude zulassen- Abstimmung der Versuchsdurchführung zwischen AG und AN

- nur Prüflabors mit umfangreicher Erfahrung zulassen


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Prüfung im Baufeld Prüfung im Baufeld

Empfehlung:

ZTV W 205 Abs. 4.3 Eigenüberwachungsprüfungen (AN):

• … für den Verdichtungsnachweis ist nur noch die Bestimmung derTrockendichte ρd erforderlich

• Trockendichte ρd sowohl für Eigenüberwachungs- (AN) als auchfür Kontrollprüfungen (AG) zugrunde legen

• Einhaltung der ω-Werte (FDVK) aus Probefeld beachten

• … dafür sind Prüftoleranzen nach Abs. 4.3 (50) einzuhalten

• Trockendichte ρd bei Lagerungsdichte D = 1,0 (Probefeld)maßgebend


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Lagerungsdichte D und Verdichtungsgrad DprLagerungsdichte D und Verdichtungsgrad Dpr

(26) Mit Zustimmung des Auftraggebers kann der Nachprüfungder Verdichtung für die grobkörnigen Bodenarten der GruppenGW, GI, GE, SW, SI und SE alternativ auch der VerdichtungsgradDpr zugrunde gelegt werden. Da der Zusammenhang zwischenD und Dpr jedoch für jeden Boden anders ist, muss die BeziehungDpr = f (D) in jedem Einzelfall zuerst ermittelt werden (siehe auchEAU E 71).

ZTV W 2053.8 Verdichtungsanforderungen (zu Nr. 3.7)

• häufige Forderung in der Praxis!

• Empfehlung:nicht für Böden SE (GE) anwenden!


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LiteraturhinweiseLiteraturhinweise

Proctorkurven grobkörniger Böden (nach Voth, B: 1978)

• bei jeder Bodenart unterschiedlicheProctorkurve und Krümmung im Scheitelbereich

• je gleichförmiger der grobkörnigeBoden, desto flacher die Proctorkurve(siehe Kurve 4)

161,795-sandiger Schluff

(12)1,74U = 2Feinsand

131,873U = 5Grob bis

Mittelsand

101,982U = 7kiesiger Sand

72,121U = 35Kiessand

[ % ][g/cm³]

wPrρPrKurveU Böden

.

.

.

.

1

23

45

.

Sättigungslinie ρs = 2,65 g/cm³Sr = 1,0

?

Wassergehalt w [ % ]

Troc

kend

icht

e ρ d

[ g/c

m³]


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nach Voth (1978)

LiteraturhinweiseLiteraturhinweise

Beziehung zwischen Proctordichte ρpr und Ungleichförmigkeitszahl Uvon Sanden und gestuften Kiesen

2


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BAW - VergleichsuntersuchungenBAW - Vergleichsuntersuchungen

y = 0,1753x + 0,8775R2 = 0,9991

y = 0,1355x + 0,8917R2 = 0,9986

y = 0,0998x + 0,9104R2 = 1

y = 0,1779x + 0,8574R2 = 1

y = 0,0905x + 0,9031R2 = 0,9997

y = 0,089x + 0,9139R2 = 1

0,80

0,90

1,00

1,10

-0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00D

DPr

mat1 (U=6.3)

mat2 (U=3.4)

mat3 (U=2.0)

mat4 (U=4.4)

mat5 (U=20.2)

Mat6 (U=4.3)

Linear (mat3 (U=2.0))





Linear (Mat6 (U=4.3))

D = 1,0

Dpr≈1,00

Dpr≈1,05


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Fazit zum ProctorversuchFazit zum Proctorversuch

• Der Proctorversuch ist bei bindigen und gemischtkörnigen Böden(Feinkornanteil > 15 Gew. % und Größtkorn bis 63mm)unstrittig.

• Bei gemischtkörnigen Böden(Feinkornanteil: 5 – 15 Gew. % und Größtkorn bis 63mm und U > 5)sind zuverlässige Ergebnisse erzielbar.

• Bei grobkörnigen Böden(Feinkornanteil < 5 Gew. % und U < 5) ist der Versuch nicht sinnvoll.


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Widerspruch in der EAU 2004 E 71Widerspruch in der EAU 2004 E 71

E 71Ein Bezug zu den Grenzwerten “lockerste” und “dichteste” Lagerung istzunächst nicht möglich, kann jedoch nach folgender Formel erfolgen:(BAW: gilt somit für alle grobkörnigen Böden !)

• Empfehlung:• gilt nicht für Sande mit U < 5 und Feinkornanteil < 5 Gew. % !

D = A + B x DPrmit A = max n – 1 / max n – min n

B = 1 – nPr / max n – min nnPr = Porenanteil bei optimalem Wassergehalt im Proctorversuch

Dpr = (D – A) / B


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BAW – Vergleichsuntersuchungenindirekte Prüfmethoden

BAW – Vergleichsuntersuchungenindirekte Prüfmethoden

Vergleich: Lagerungsdichte D / dynamischer Plattendruckversuch Ev2

2y = 59,205x + 60,262

R = 0,3015

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

D [-]

E v2

[M

N/m

²]


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BAW – Vergleichsuntersuchungendynamischer und statischer Plattendruckversuch

BAW – Vergleichsuntersuchungendynamischer und statischer Plattendruckversuch

Versuchspunkte BAW

Regression BAW

Evd [MN/m²] – dyn. Plattendruckversuch

E v2

[MN

/m²]

–st

at. P

latte

ndru

ckve

rsuc

h ≈ 270

≈ 200

E v2

[MN

/m²]

–st

atis

cher

Plat

tend

ruck

vers

uch

Versuchspunkte Baustoffprüflabor WetzlarRegression Wetzlar

nach Herstellerangabe füralle grobkörnigen Böden


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Indirekte PrüfverfahrenIndirekte Prüfverfahren

ZTVE-StB 94 Fassung 1997: Erdarbeiten im StraßenbauZTVE-StB 94 Fassung 1997: Erdarbeiten im Straßenbau

Tabelle 99: Näherungsweise Zuordnung von Ev2 und Evd – Modulnin Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad DPr grobkörniger Böden

≥ 60≥ 97

≥ 70≥ 98SW, SI

≥ 80≥ 100GE, SE

≥ 70≥ 97

≥ 80≥ 98

≥ 100≥ 100GW, GI

EV2 in MN/m²DPr in %

VerformungsmodulVerdichtungsgradBodengruppen

Tabelle 8: Richtwerte für die Zuordnung von Verdichtungsgrad DPr und Verformungsmodul Ev2 bei grobkörnigen Böden

154595

206097SE - SI - SW

3080100GE - GI

458097

55100100

75120103GW

Evd in MN/m²Ev2 in MN/m²DPr in %

VerformungsmodulVerformungsmodulVerdichtungsgradBodengruppen

Evd [MN/m²] – dynamischer PlattendruckversuchEv2 [MN/m²] – statischer Plattendruckversuch


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FazitFazit

• Der Proctorversuch ist bei bindigen und gemischtkörnigen Böden unstrittig.(Feinkornanteil > 15 Gew. % und Größtkorn ≤ 63 mm)

• Der Proctorversuch bei gemischtkörnigen Böden ergibt zuverlässige Ergebnisse.(Feinkornanteil: 5 - 15 Gew. % und Größtkorn ≤ 63 mm)

• Indirekte Prüfverfahren liefern nur Näherungswerte.• Indirekte Prüfverfahren sind zum Nachweis der Lagerungsdichte nicht geeignet.

• Der Proctorversuch ist bei grobkörnigen Böden nicht sinnvoll.(Feinkornanteil < 5 Gew. % und U < 5)

5 %

0,06 mm

U = d60 / d10 < 5

[mm]


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EmpfehlungenEmpfehlungen

- Verdichtungsnachweis mit Lagerungsdichte (nur im Probefeld)

- für Eigenüberwachungs- (AN) und Kontrollprüfungen (AG) Verdichtungsnachweis mit Trockendichte ρd (Bezug: Probefeld)

- ω–Werte der FDVK aus dem Probefeld im Baufeld einhalten

- Trockendichte ρd mit Flüssigkeitsersatz-Verfahren(Probe- und Baufeld)

- Dichte bei dichtester Lagerung max ρd nur mit Rütteltischversuch


BAW - DH / 2008-09 K1 Folie-Nr. 33

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

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