Untersuchung der Rütteldruckverdichtung in Sandböden zur Optimierung der Entwurfs- und Herstellungsqualität hinsichtlich Effektivität, Prognose und Kontrolle der erzielten Bodenverdichtung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Rackwitz; Professor Dr.-Ing. Theodoros Triantafyllidis
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 341427400

Ziel dieses Projektes ist die Simulation von Bodenverbesserungsmaßnahmen mittels Rütteldruckverdichtung, wobei auch die Dimensionierung von solchen Maßnahmen durch die Bestimmung des erforderlichen Rasterabstandes in Abhängigkeit der granulometrischen Bodeneigenschaften, der Zieldichte und der Leistung des Rüttlers im Vordergrund steht. Als Grundlage für dieses Projekt sollen die Entwicklungen aus der Forschergruppe FOR 1136 (GEOTECH) dienen, bei der die Vibro-Installation von Pfählen als geotechnischer Herstellungsprozess ausgiebig behandelt wurde. Im beantragten Projekt wird das hochzyklische Akkumulationsmodell (HCA-Modell) für die Berechnung der Verformungsakkumulation (volumetrische wie auch deviatorische) in der Umgebung des Tiefenrüttlers verwendet, wobei die Erweiterung dieses HCA-Modells für große Dehnungsamplituden (im Bereich von einigen Prozent der Dehnung) im Rahmen dieses Projektes im Vordergrund steht, da das vorhandene HCA-Modell nur bis zu Dehnungsamplitude im Promillebereich liegt. Die numerische Simulation der Rütteldruckverdichtung wird einerseits mit dem HCA-Modell in einer FE- Formulierung eingesetzt, um die Verformungen in einem größeren verdichtungsfähigen Bereich um den Tiefenrüttler herum zu erfassen, wobei als Stoffgesetz die Hypoplastizität verwendet wird. Für die Simulation des mehrphasigen Mediums (Korngerüst, Wasser) wird die Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian (MMALE) - Formulierung verwendet, um die Wechselwirkung des Rüttlers mit dem unmittelbaren fluidisierten Bodenbereich sowie beim Übergang in die Verdichtungszone zu beschreiben. Im Rahmen des beantragten Projektes werden Modellversuche zur Rütteldruckverdichtung als erste Validierungsstufe des Simulationsmodells vorgeschlagen und als weitere Validierungsstufe mit Hilfe des Anwendungspartners sind Feldversuche geplant, die an ausgesuchten Baustellen durchgeführt werden, um die Treffsicherheit der Simulation und eines zu entwickelnden vereinfachten Praxismodells zu überprüfen. Schließlich soll für die Praxisanwendung dieses vereinfachte Modell als Ingenieurmodell dienen, welches in Abhängigkeit der Granulometrie des Bodens und der Lagerungsdichte sowie die Rüttlerleistung, den Abstand der Verdichtungspunkte sowie die erreichbare Dichte angeben kann und somit als Hilfsmittel zur Dimensionierung der Rütteldruckverbesserung bereitgestellt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Keller Holding GmbH