Analysis of the mechanism of the dynamic soil compaction by using the Vibroflotation technique

Mit dieser Arbeit wird ein Beitrag zur Schließung der Kenntnislücke in Bezug auf die Interak- tion zwischen Tiefenrüttler und nicht bindigen Boden bei Anwendung des Rütteldruckverfah- rens geleistet. Mit einem messtechnisch instrumentierten Modelltiefenrüttler (M 1:3) sind in einem Versuchsstand Verdichtungsversuche durchgeführt worden. In den Versuchsserien wurden die verfahrenstechnischen Parameter Rüttlerfrequenz, Unwuchtmasse und Rüttle- reintauchtiefe variiert und deren Einfluss auf die Größe und die räumliche Ausbildung der Bodenverdichtung bewertet. Darüber hinaus wurden Resonanzerscheinungen im Rüttler- Boden-System und deren messtechnische Identifikation untersucht. Mit dem Dichte- und Steifigkeitszuwachs des Bodens nimmt die Amplitude der Rütt- lerschwingung auf einen konstanten Wert ab. Das Erreichen der Amplitudenkonstanz wird von der Anzahl der Belastungszyklen bestimmt. Die erzielte Verdichtungsreichweite wird sowohl von Unwuchtmasse und als auch von der Rüttlerfrequenz beeinflusst. Die Reso- nanzerscheinungen im Rüttler-Boden-System können durch das Vorauseilen der Unwucht- masse vor der Rüttlerbewegung um einen Vorlaufwinkel von 90 Grad identifiziert werden. Aufbauend auf dem versuchstechnischen Teil dieser Arbeit, sind mit einem analytischen Be- rechnungsmodell Rückrechnungen der Ergebnisse der Modellversuche und Vergleichsbe- rechnungen für einen in situ Tiefenrüttler durchgeführt worden. Die Ergebnisse belegen, dass die durchgeführten Verdichtungsversuche mit einem kalibrierten Berechnungsmodell abgebildet werden können. Das Berechnungsmodell kann ferner dazu verwendet werden, Resonanzzustände im Rüttler-Boden-System zu bewerten und bei einer Implementierung in eine aktive Mess- und Regelungstechnik die Effizienz des Verfahrens zu steigern.In this dissertation the results of a comprehensive research regarding the interaction be- tween a deep vibrator and non cohesive soil are presented. In an experimental plant com- paction tests with a model deep vibrator (scale 1:3) were conducted. The process parame- ters such as vibrator frequency, imbalance mass and depth of penetration were varied and their effect on amount and propagation of soil compaction was evaluated. Furthermore the resonance in the system of vibrator and soil and its identification by measuring systems were examined. With the increase of density and stiffness of the soil the amplitude of the vibrator oscillation decreases to a constant value. This is mainly affected by the number of load cycles. The propagation of the soil compaction is determined by the imbalance mass and the vibrator frequency. Resonance in the system of vibrator and soil can be identified by an advance an- gel of 90 degree. In addition to the experimental part of this work, a back analysis of the test results and a comparison calculation for an in situ vibrator with an analytical model are made. The evalua- tions show that the compaction tests can be simulated by a calibrated analytical model. With an implementation in a measuring and control system the analytical model can be used for the detection of resonance and to increase the efficiency of the vibroflotation