Verbesserung Dammuntergrund Bodenbehandlung Bodenverbesserung

Präsentation zum Thema: "Verbesserung Dammuntergrund Bodenbehandlung Bodenverbesserung"—  Präsentation transkript:

1 Verbesserung Dammuntergrund Bodenbehandlung Bodenverbesserung
Qualifizierte Bodenverbesserung Bodenverfestigung Hydraulisch gebundene Tragschicht Betontragschicht Strassenbaulabor Bodenbehandlung

2 Qualifizierte Bodenverbesserung Bodenverfestigung
Begriffe Bodenbehandlung Veränderung des Bodens um gewünschte Eigenschaften zu erreichen (Wassergehalt, Festigkeit) durch Bodenver- besserung oder Bodenverfestigung. Bodenverbesserung Verbesserung von Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit. Qualifizierte Bodenverbesserung Bodenverbesserung mit erhöhten Anforderungen Bodenverfestigung Tragfähigkeitserhöhung von Boden, Frostsicherheit. Hydraulisch gebundene Tragschicht Einbaugemische mit hydraulischen Bindemitteln Betontragschicht Tragschicht aus Beton einer bestimmten Festigkeitsklasse. Strassenbaulabor Bodenbehandlung

3 Regelwerke ZTVE-StB 09: Bodenverbesserung
Qualifizierte Bodenverbesserung Bodenverfestigung von F2 und F3 Böden TL BuB E-StB 09: Technische Lieferbedingungen für Böden und Baustoffe im Erdbau des Straßenbaues (2009) FGSV. Beton-StB 07: Baustoffgemische für die Verfestigung von ungebundenen Tragschichten und die Bodenverfestigung von F1-Böden ZTV Beton – StB 07: Ausführung der Verfestigung von ungebundenen Tragschichten und die Bodenverfestigung von F1-Böden Strassenbaulabor Bodenbehandlung

4 Vorschriften Merkblatt für Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen mit Bindemitteln. Ausgabe 1997 Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau TP BF-StB - Teil B 11.1: Eignungsprüfungen bei Bodenverfestigung mit Zement. Ausgabe 1986 TP BF-StB - Teil B 11.5: Eignungsprüfung bei Bodenverbesserung und Bodenverfestigung mit Feinkalk und Kalkhydrat Ausgabe 1991 Strassenbaulabor Bodenbehandlung

5 Vorschriften DIN EN 14227, Teil 10-14
Ungebundene und gebundene hydraulische Gemische, Anforderungen Teil 10: Bodenverbesserung mit Zement • Teil 11: Bodenverbesserung mit Kalk • Teil 12: Bodenverbesserung mit Schlacke • Teil 13: Bodenverbesserung mit hydraulischem Tragschichtbinder • Teil 14: Bodenverbesserung mit Flugasche Strassenbaulabor Bodenbehandlung

6 Literatur www.beton.org.
Dyckerhoff, Heidelberger, usw. Beton nach Maß (2015), Holcin-Qualifizierte Bodenverbesserung Schäfer Kalk, Otterbein Strassenbaulabor Bodenbehandlung

7 Beispiel: Aufbau von Asphaltstraßen
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

8 Anwendungsbereiche Baustraßen, Befestigung von Wegen und Plätzen
Planum stabilisieren Bodenverbesserung Bodenverfestigung Teil des Oberbaukonzeptes (Reduktion von SoB und Asphalt) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

9 Bauverfahren und Methoden
Verdichten bei optimalem Wassergehalt Bodenaustausch Bodenverbesserung mit stabilisierender Gesteinskörnung Bodenverfestigung mit Kalk Bodenverfestigung mit Zement Bodenverfestigung mit Misch-Bindemitteln (Bodenverfestigung mit bituminösen Bindemitteln) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

10 Arbeitsweise Die Baustelle macht sich den Boden so, wie er
benötigt wird. Grundlagen der Bodenverbesserung (bei Grenzwerten Eignungsprüfung vorsehen) Dosiert Ausstreuen Fräsen in Fräsfeld oder der Einbaustelle, je nach Örtlichkeit und Lagendicke Lagenweiser Einbau und Verdichtung, das Material hat je nach Bindemittel eine verzögerte Reaktionszeit. Bindemittel Zement ist frostempfindlich. Strassenbaulabor Bodenbehandlung

11 Grobschlamm abziehen Strassenbau Vertiefung

12 Schlamm weg Strassenbau Vertiefung

13 Einfräsen Strassenbau Vertiefung

14 Nutzung Strassenbau Vertiefung

15 Bindemittel Hochhydraulischer Kalk Zement Flugaschen usw.
Kombinationen aus Kalk und Zement („Varilith“, u.a.) (Bitumen) (Bentonit) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

16 Es gibt verschiedene Einsatzmöglichkeiten!
Erdbau (Unterbau/Untergrund) Verdichtbarkeit ermöglichen, d.h. durch Kalkzugabe den Wassergehalt verringern, Tragfähigkeit Planum erhöhen, d.h. durch Zementzugabe den Boden verfestigen, Frostempfindlichkeit, meist durch Kalkzugabe, verringern. Oberbau Tragfähigkeit durch Zementzugabe erhöhen (Tragschicht-Liefermaterial verringern). Strassenbaulabor Bodenbehandlung

17 Bodenverbesserung/-verfestigung
Wassergehalt Frostgefährdung Bodenverfestigung Standsicherheit Festigkeit Durchstanzen Strassenbaulabor Bodenbehandlung

18 Trick der Bodenverbesserung
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

19 Veränderung Proctorkurve
Veränderung der Proctor-Kurve bei Kalkzugabe Verschiebung des Schwerpunktes zur „nassen“ Seite und zur geringeren Proctor-Dichte. Strassenbaulabor Bodenbehandlung

20 Einsatz qualifizierte Bodenverbesserung
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

21 Wasser, Boden und Kalkzugabe
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

22 Aufstandsfläche untere Tragschicht obere Tragschicht
Bodenverfestigung Aufstandsfläche untere Tragschicht obere Tragschicht Strassenbaulabor Bodenbehandlung

23 Anwendung im Straßenbau (1)
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

24 Anwendung im Straßenbau (2)
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

25 Bindemittel Strassenbaulabor Bodenbehandlung

26 Bindemitteleignung nach Bedarf
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

27 Arten von Baukalk Strassenbaulabor Bodenbehandlung

28 Bodenverfestigung mit Kalk
Bindiger Boden Kalk Mischen Strukturelle Wasserumlagerung Ionenaustausch Koagulation Umwandlung der Bodenstruktur Verbesserung der Verarbeitbarkeit Verbesserung der Verdichtungswilligkeit Verdichten Hydraulische Verfestigung Herabsetzung der Kapillarität Erhöhung der Frostsicherheit Wasserbeständigkeit (Quellen- Schwinden) Tragfähigkeit Strassenbaulabor Bodenbehandlung

29 Bodenverfestigung mit Kalk
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

30 Reaktionsfähigkeit Baukalke
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

31 Mischbinder (Beispiel)
Dyckerhoff Varilith Dyckerhoff Varilith TF 1 Dyckerhoff Varilith TF 2 Dyckerhoff Varilith TF 3 Dyckerhoff Varilith TF 4 Dyckerhoff Varilith T Dyckerhoff Varilith FF Dyckerhoff Varilith FF1 Dyckerhoff Varilith FF2 Trockene Böden mit hohen Festigkeitsanforderungen. Einsatz in überfeuchteten Böden mit erhöhten Festigkeitsanforderungen Strassenbaulabor Bodenbehandlung

32 grob- und gemischkörnige Böden wie zuvor, staubarm
Dorosol Dorosol 100 Dorosol PRO 100 Dorosol C grob- und gemischkörnige Böden wie zuvor, staubarm fein- bis gemischtkörnige Böden Strassenbaulabor Bodenbehandlung

33 Einsatzbereiche Strassenbaulabor Bodenbehandlung

34 Einsatz Strassenbaulabor Bodenbehandlung

35 Mittlere Bindemittelmenge - Bodenverbesserung
Bindemittelmenge in M-% der Trockendichte Boden Bodengruppe Feinkalk Kalk-hydrat Zement Trag-schicht-binder Misch-binde-mittel Grobkörniger Boden - 3 – 6 Fein- und gemischtkörnige Böden 2 – 4 2 – 5 2 - 6 Strassenbaulabor Bodenbehandlung

36 Baumischverfahren Baumischverfahren = Ausstreuen und Bodenfräse
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

37 Zentralmischverfahren
HGT nur im Zentralmischverfahren (Mischanlage) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

38 Bauverfahren nach Fertigerprinzip
Einsatz von Spezialfräsen mit Misch- und Dosiergeräten bis ca. 60 cm Tiefe. Fräsen, Aufnehmen, Zerkleinern, Homogenisieren, Rezeptur zugeben, wieder einbauen. Seltene Anwendung. Strassenbaulabor Bodenbehandlung

39 Mischen oder Fräsen Strassenbaulabor Bodenbehandlung

40 Strassenbaulabor Bodenbehandlung

41 Strassenbaulabor Bodenbehandlung

42 Bodenverbesserung (Bodenstabilisierung)
Maschinentechnik Bodenverbesserung (Bodenstabilisierung) Bodenverfestigung (Bodenvermörtelung) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

43 Beispiel Ausschreibung
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

44 Beispiel Ausschreibung
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

45 Rezeptur – Erfahrungswerte Kalk Hochhydraulischer Kalk
[Angaben in %] Feinkalk Kalkhydrat Hochhydraulischer Kalk Bodenverbesserung Bodenverfestigung Strassenbaulabor Bodenbehandlung

46 Rezeptur Erfahrung Tragschichtbinder
Baustoffe Bindemittel (Gew.%) Mineralstoffe und Mineralstoffgemische (Kornanteil > 2 mm) GW, GI, GU > 40 Gew.% SE, SW, SI, SU < 40 Gew.% 3 – 5 6 – 10 Sekundärbaustoffe Betongranulat 4 – 8 Asphaltgranulat mit 5 Gew.% Sand 0/2 und 20 Gew.% Sand 0/4 mm 4 – 7 Überschußsande 8 –12 Steinkohlenflugasche mit Prüfzeichen 5 – 10 Müllverbrennungsasche ohne Filterstäube Strassenbaulabor Bodenbehandlung

47 Rezeptur – Erfahrungswerte Zement
Bindemittelbedarf für zementverfestigte Tragschichten Zementanteile bei Verfestigungen Bodenart Zementanteil in % bezogen auf RHO,d Boden Zement-gehalt in kg/m³ 1 2 3 4 5 6 GW, GI, GE, SW, SI SE GU, GT, SU, ST GU*, GT*, SU*, ST* UL, TL UM, UA, TM, TA Kiessand Sand, schluffiger S. gleichkörniger Sand Schluff Ton Strassenbaulabor Bodenbehandlung

48 Rezeptur – Erfahrungswerte Bitumen
Bodenart Bindemittelgehalt in Gew.-% Kiessand gleichkörniger Sand Sand, schluffiger Sand 4, Keine praktische Bedeutung. Strassenbaulabor Bodenbehandlung

49 Kriterien Strassenbaulabor Bodenbehandlung

50 Kriterien Strassenbaulabor Bodenbehandlung

51 Überwachung Bindemittel
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

52 Überwachung Boden Strassenbaulabor Bodenbehandlung

53 Überwachung Einbaugemisch
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

54 Überwachung verfestigte Schicht
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

55 Anforderungen an Verfestigungen
Zeile Bodengruppe Frostwiderstand Druckfestigkeit 1 SW, SI, SE GW, GI, GE entfällt Zement, Tragschichtbinder HT 35 7 Tage: 4,0 N/mm² 28 Tage: 6,0 N/mm² 2 SU, ST, GU, GT Und Böden Zeile 1 dl / l <= 0,1 % wie Zeile 1 Hydraulischer Kalk, Tragschichtbinder HT 15 3 SU*, GU*, UL, UM ST*, GI*, TL, TM, TA 4 Industrielle Nebenprodukte Verfestigung von Mineralstoffgemischen, 28 Tage: 7 N/mm² HGT > 7 N/mm² < qu < 12 N/mm² Strassenbaulabor Bodenbehandlung

56 Beispiel Trockendichte δd eines Bodens = 1,8 t/m³; der Wassergehalt
wurde mit 10 % bestimmt. Was für ein Boden könnte dies sein? Wieviel wiegt der Boden bei Anlieferung? Als Materialkennwert wurde im Labor eine Proctordichte δd, PR von 1,843 t/m³ bestimmt. Wie hoch ist der Verdichtungsgrad? Ist die Verdichtung ausreichend? Werkpolier 2013

57 Praktisches Vorgehen Bodenkennwerte ermitteln (Probenmenge ca. 50 bis 100 kg): Sieblinie, Proctordichte Proctor-Wassergehalt - Natürlicher Wassergehalt Bindemittelart (Kalk, Zement, Tragschichtbinder, …) wählen. Kalk bei zu viel Wasser, Zement bei Verfestigung. Bindemittelmenge wählen, ggf. variieren. ca km/m³ gleich 15 bis 20 kg/m² (bei 25 cm Lagenstärke). Mischung im Labor herstellen. Wassergehalt, Proctor, Festigkeit Strassenbaulabor Bodenbehandlung

58 Sieblinie (1) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

59 Sieblinie (Korngrößenverteilung)
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

60 Grobkörniger Boden – unproblematisch Feinkörniger Boden:
Siebung - Trocknung Grobkörniger Boden – unproblematisch Feinkörniger Boden: Bei Trocknung auf 105 °C gibt es gebrannte Steine. D.h. eher nur moderat bei z.B. 80 °C trocknen, und Excavator benutzen. Gemischt-Körnige Böden: Da muß man schauen, wie der Boden zusammengesetzt ist (Feinanteile). Eher so wie bei den feinkörnigen Böden. Strassenbaulabor Bodenbehandlung

61 Gemischt-Körnige Böden:
Siebung - Feinanteile Grobkörniger Boden unproblematisch Feinkörniger Boden: nicht zu viele Feinanteile bei der Naßsiebung verlieren. Gemischt-Körnige Böden: Strassenbaulabor Bodenbehandlung

62 Bodenart DIN 4022 – feinkörnige Böden Grobkornbereich Feinkornbereich
Siebung Grobkornbereich Feinkornbereich Schlämmanalyse Konsistenzen Bodenart Strassenbaulabor Bodenbehandlung

63 Siebung – Schlämmanalyse (1)
Gravimetrische Siebung und Sedimentation werden an der Feinkorngrenze übereinander gebracht. Das paßt häufig nicht: Versuchsablauf überprüfen. Strassenbaulabor Bodenbehandlung

64 Siebung – Schlämmanalyse (2)
Versuchsablauf planen! Gleichmäßiges Raumklima! Ablesung des Aräometers: 30 sec; 1 min; 2 min; 5, 15, 45 min; 2, 6, 24 d.h. bis ca. 10 Uhr muß die Suspension angerührt sein! Strassenbaulabor Bodenbehandlung

65 Materialkennwert Proctordichte, -wassergehalt
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

66 Versuchsdurchführung Proctor
Boden wird getrocknet Bei feinkörnigen Böden nicht darren, da man sonst „Klinker“ produziert, die man wieder – bodenverändernd – zerkleinern muß. Überschlägige Berechnung der Wasserzugabe Wasserzugabe variiert vom Bodentyp her! Grobkörnige Böden, feinkörnige Böden, gemischt-körnige Böden, Wiederverwendung der Bodenprobe und Wassergehaltssteigerung bei grobkörnigen Böden zulässig. Ggf. Problem Schlagzertrümmerung. Jeweils neuer Wasseransatz auf den getrockneten Boden bei fein- und gemischtkörnigen Böden, um gleiche Wassereinwirkzeit zu erreichen. Hier beeinflußt die Versuchsdurchführung ERHEBLICH die Trockendichte! Strassenbaulabor Bodenbehandlung

67 Natürlicher Wassergehalt
Versuch Nr. 1 2 3 4 5 Probe Nr. - (1) Feuchte Probe + Behälter m1 [g] 503,4 1.078,4 (2) Trockene Probe + Behälter m2 500,2 1.075,1 (3) Behälter mB 382,2 920,8 (4) Porenwasser (2) – (1) mW 3,2 3,3 (5) Trockene Probe (2) – (3) md 118,0 154,5 (6) Wassergehalt (4) / (5) w [1] 0,03 0,02 (7) (6) In [%] [%] 2,7 2,1 (8) Mittelwert 2,4 Werkpolier 2013

68 Versuche in der Übersicht (Ausgangsboden)
Natürlicher Wassergehalt, Korndichte („Tauchwägung“), Korngrößenverteilung, Proctordichte und optimaler Wassergehalt, Organische Bestandteile („Glühverlust“), Schädliche Betandteile, Umweltrelevante Inhaltsstoffe (LAGA). Bindemittel (Datenblatt) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

69 Reaktionszeit Insbesondere beim Proctorversuch ist die Reaktionszeit der Bindemittel zu beachten. Diese sind für die einzelnen Versuchsteile gleich zu wählen. Sie orientieren sich auch an den baubetrieblichen Einbauzeiten. Zement: 1 h Tragschichtbinder: 2 h Hydraulischer Kalk: 4 h Mischbinder: 4 h Baukalk: 6 h Strassenbaulabor Bodenbehandlung

70 Proctorkurven und Bindemittel
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

71 Wassergehaltsreduktion mit Bindemittel
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

72 ED-Festigkeitswerte Strassenbaulabor Bodenbehandlung

73 CBR-Versuch (1) CBR = California Bearing Ratio
Siehe: TP BF-Stb Teil B 7.1 (2012) CBR beschreibt die Tragfähigkeit eines Bodens oder Boden-Bindemittel-Gemisches für den Verkehrswegebau im Vergleich zu einem kalifornischen Standardboden mit hoher Tragfähigkeit. Beim CBR-Versuch wird ein Stempel mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in die in einem CBR-Topf (150 mm Durchmesser) befindliche Probe eingedrückt. Die für Eindringtiefen von 2,5 und 5 mm notwendigen Stempeldrücke werden ermittelt und in Bezug zu den korrespondierenden Drücken des Californischen Standardbodens gesetzt. Entsprechend wird der CBR-Wert in % angegeben. Aus den CBR-Werten werden auch Aussagen zur Frostsicherheit abgeleitet. Zwischen den aus dem Lastplattendruckversuch und aus dem CBR-Versuch bestimmten Tragfähigkeiten gibt es keine rechnerische Beziehung, Vergleichstabellen werden jedoch erstellt (z.B. Schweizer Norm SN b). Strassenbaulabor Bodenbehandlung

74 CBR-Wert (1) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

75 CBR-Wert (2) Strassenbaulabor Bodenbehandlung

76 CBR-Festigkeitswerte
Strassenbaulabor Bodenbehandlung

77 Praxisbeispiel Strassenbaulabor Bodenbehandlung

78 Versuche in der Übersicht (Rezeptur)
Proctordichte und optimaler Wassergehalt, Einaxiale Druckfestigkeit, nach Feuchtraumlagerung, nach Wasserlagerung. CBR-Versuch Nach Feuchtraumlagerung, Dpr = 100 %, Probekörper Ø 100 mm bei Größtkorn 16 mm Ø 150 mm bei Größtkorn 32 mm Strassenbaulabor Bodenbehandlung

79 Einaxiale Druckfestigkeit
Höchstwert der einaxialen Druckspannung: qu = max σ Einaxiale Druckspannung: σ = F / A Stauchung: Є = Δh / ha Strassenbaulabor Bodenbehandlung

80 CBR - Versuch CBR = California-Bearing-Ratio Werte Vergleichsboden:
Empirischer Wert zur relativen Tragfähigkeit eines Untergrundes. Stempeleindrückung: A = mm², v = 1,25 mm/min. CBR = P / PS % P = Stempeldruck in N/mm² - Versuchsboden PS = Stempeldruck in N/mm² - Vergleichsboden Werte Vergleichsboden: Stempeldruck PS in N/mm² 7,00 10,45 13,30 16,00 Eindringtiefe in mm 2,50 5,00 7,50 10,00 Beispiel: Strassenbaulabor Bodenbehandlung