Numerical modeling approaches to the oscillation roller-subsoil interaction problem

Die Bodenverdichtung stellt bei der Herstellung verschiedenster Ingenieurbauwerke eine entscheidende und gleichzeitig kritische Bauphase dar. Denn die Qualität von Auffüllungen im Zuge von Gründungsarbeiten im Hallen- und Industriebau sowie bei der Herstellung von Bodenauswechslungen, Dämmen und Tragschichten im Straßen-, Eisenbahn- und Flughafenbau hängt vom Verfüllmaterial und insbesondere vom Einbauvorgang ab. Dynamische Walzen sind mittlerweile zum bevorzugten Gerät für die oberflächennahe Verdichtung geworden, um zukünftige Schäden an Bauwerken, die mit einem lageweisen hergestellten Erdbauwerk verbunden bzw. darauf gegründet sind, steigende Instandhaltungskosten und eine geringere Lebensdauer des jeweiligen Bauwerks zu vermeiden. Während die Verdichtungswirkung einer statischen Walze im Wesentlichen vom Eigengewicht der Maschine und gegebenenfalls von der Bandagengeometrie und -oberfläche bestimmt wird, lässt sich bei dynamischen Walzen die Effizienz der Untergrundverdichtung durch die dynamische Anregung der Bandage erhöhen. In Abhängigkeit von der Art der Bandagenanregung lassen sich grundsätzlich zwei Typen von dynamischen Walzen unterscheiden, nämlich Vibrations- und Oszillationswalzen. In einer Vibrationsbandage erzeugt eine Unwuchtmasse, die in der Bandagenachse angeordnet und mit einer festgelegten Frequenz um die Achse rotiert, eine schnell wechselnde Aufwärts-Abwärts-Bewegung. Der Untergrund wird durch die von der Bandage ausgeübten, vorwiegend vertikal gerichteten Schläge verdichtet. In einer Oszillationsbandage, die Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist, sind zwei Unwuchtmassen mit derselben Größe und Exzentrizität punktsymmetrisch zur Bandagenachse angeordnet, die synchron in die gleiche Richtung drehen. Die daraus resultierende wechselnde hochfrequente Vorwärts-Rückwärts-Rotation der Bandage (rotatorische Schwingung) wird der Fahrbewegung (rollende Bandage unter der statischen Achslast) überlagert. Infolge Reibung in der Kontaktfläche zwischen Ba
Soil compaction is a fundamental and critical construction phase of a wide variety of engineering structures, since the quality of fills in foundation work of hall and industrial facilities, soil replacements, dam and base layers in road, railway and airport construction depends on the built-in material and in particular on the realization of earthwork. Dynamic roller compaction has become the common method for proper near-surface compaction to prevent future damage of constructions connected to layered earth structures, failure of long-term pavement performances and increasing maintenance costs. While a static roller uses only its weight to compact filled layers, a dynamic roller enhances the efficiency of subsurface compaction through dynamic excitation of the drum. Depending on the drum excitation, two basic types of dynamic rollers do exist, i.e. vibratory rollers and oscillation rollers. In a vibrating drum a single unbalance mass, which is attached concentrically to the drum axis, generates a rapidly alternating upward-downward motion of the drum. The subgrade is compacted by the dynamic pressure applied by the drum. The drum of an oscillation roller, as considered in the present thesis, is equipped with two offset eccentric masses, which rotate synchronously in the same direction. The resulting alternating high-frequency forward-backward motion of the drum (oscillatory drum motion) is superposed with the translational roller motion (moving drum under the static axle load). Due to the frictional contact between drum and subsoil mainly dynamic shear forces are transmitted to the soil, which in turn increase the subgrade density, also known as shear force compaction. The lack of real-time compaction information may lead to both under- and overcompaction and, moreover, to an increased wear of the drum of oscillation rollers. Thus, instant compaction control is of particular importance. A high-leveled quality management requires continuous control of the soil comp
Dipl.-Ing. Ivan Paulmichl
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Dissertation Universität Innsbruck 2019