Experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen zur Verdichtungsprognose von Sand bei der Rütteldruckverdichtung

Abstract

Locker gelagerte nichtbindige Böden werden in zahlreichen Anwendungsfällen erfolgreich durch den Einsatz von Tiefenrüttlern bei der Rütteldruckverdichtung verbessert. Eine verlässliche, physikalisch fundierte Prognose des Verdichtungserfolgs kann für die wirtschaftliche Umsetzung der Maßnahmen jedoch entscheidend sein. Die Ausbreitung von seismischen Wellen, großräumige, plastische Verformungen, Porenwasserdruckaufbau und Materialtransport infolge der Bewegung des Tiefenrüttlers bestimmen den Verdichtungserfolg maßgeblich, können aber in ihrer Gesamtheit bei Simulationen nicht berücksichtigt werden. Zur Verbesserung der Prognosequalität wird ein Vorgehen vorgeschlagen, bei welchem zunächst eine mehrdimensionale Dehnungsamplitude zur Beschreibung der auftretenden Verformungen berechnet und anschließend die Akkumulation der Verformungen infolge einer Vielzahl von Zyklen (Rotationen des Rüttlers) mit einem Akkumulationsmodell abgeschätzt wird. Dazu stehen analytische und numerische Ansätze zur Verfügung, welche einen begrenzten Bodenbereich um den Tiefenrüttler betrachten und vergleichbare, plausible Ergebnisse sowohl für die Wellenausbreitung als auch für die Dehnungsamplitude liefern. Zur Untersuchung des Verformungsverhaltens eines Sands bei Dehnungsamplituden bis in den Prozentbereich wurden Hohlzylindertriaxialversuche mit einer zyklischen Verdrehung der Fußplatte durchgeführt, welche ein überwiegend homogenes Dehnungsfeld zeigten. Durch die Nachrechnung der Laborversuche mit einem Akkumulationsmodell für große Dehnungsamplituden und Anpassung der Modellparameter ist es möglich, das Verformungsverhalten im Falle der Rütteldruckverdichtung zu beschreiben und durch Erweiterung des Vorgehens für die Abschätzung des Rastermaßes zu verwenden.

Enhancement of a high‐cycle accumulation model by an adaptive strain amplitude and its application to monopile foundations

“…For the HCA model for clay, 60 the proposed non-constant definitions of the strain amplitude are thus judged to be of great importance as well. Another application of the HCA model for which the adaptive strain amplitude is of advantage is the simulation of vibro-compaction 67,68 and vibratory pile driving in water-saturated soil. 69,70 The adaptive strain amplitude definition can also be used to improve the performance of the HCA model for irregular cyclic loading with frequently changing cyclic load magnitudes.…”