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N. Petuelli:
"Verdichtungskontrolle in nicht bindigen Böden durch Messung der Kompressionswellengeschwindigkeit";
Supervisor: D. Adam, J. Pistrol, F. Kopf; Institut für Geotechnik, 2019; final examination: 2019-04-12.

This master´s thesis explores compaction control in non-cohesive soils by measuring the compression wave velocity. For this purpose, experiments were carried out that consisted of a specific test signal, two contact microphones and one structure-borne sound speaker. The microphones and the sound speaker were buried at a predefined distance from each other, to obtain the measurement. The test signal was broadcast using the speaker and was recorded by the two microphones. The test signal reached them at different times, since the two microphones were at different locations. The difference in the travel time was measured and, using the known distance between the microphones, the wave velocity was calculated. During the experiment a roller performed passes over the buried measuring equipment, thereby compacting the ground and changing the wave velocity.
The long-term goal of this experiment is to develop a measurement method where the measuring equipment can remain permanently in the analysed medium. Therefore, inexpensive and readily available equipment was selected. However, the equipment did not achieve the highest quality currently available on the market.
In chapter 2 the basics of soil mechanics and the underlying mathematics are discussed and an
overview of conventional methods of compaction control is provided. It then explains the types
of wave propagation in soil and the connection between wave velocities and other characteristics of soil parameters. Existing research and measurement methods that use wave velocity are summarized in this chapter.
In chapter 3 the measuring equipment and the experimental setup is described that was used
in preliminary tests in the lab as well as in the main experiment. The main experiment was
conducted as part of the research project titled: Continuous Compaction Control with vibratory
rollers. The results of the preliminary experiment are also presented in this chapter.
In chapter 4 the analysis of the recorded audio-files is discussed and an example using one
audio file is given.
In chapter 5 the results of the analysis are presented and chapter 6 contains the interpretation
of these results. Some of the results show fairly proper correlation between the values of the
calculated compression wave velocity and those obtained using conventional methods. The
majority of the values calculated using the compression wave velocity are consistently higher
than those using conventional methods. In chapter 6 known and suspected sources of error are
also discussed and in chapter 7 recommendations for further development of this measurement
method are given.
Finally, chapter 8 gives a summery of the results and an outlook for future research.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Verdichtungskontrolle in nicht bindigen Böden durch
Messung der Kompressionswellengeschwindigkeit. Dazu wurde ein Versuchsaufbau entwickelt,
mit dem die Kompressionswellengeschwindigkeit im Boden gemessen werden kann. Dieser besteht aus einem eigens konzipierten Testsignal, zwei Körperschallmikrophonen und einem Körperschalllautsprecher. Die Körperschallmikrophone und der Körperschalllautsprecher wurden für die Messungen in einem definierten Abstand zueinander im Boden vergraben. Das Testsignal wurde mit dem Körperschalllautsprecher ausgesendet und traf bei den zwei Körperschallmikrophonen jeweils zeitversetzt ein. Aus der zeitlichen Differenz des Eintreffens und dem geometrischen Abstand der Mikrophone kann die Kompressionswellengeschwindigkeit berechnet werden. Durch die durchgeführten Überfahrten mit einer Walze kommt es zu einer Verdichtung des Bodens im Bereich der Messtechnik und damit zu einer Veränderung der Kompressionswellengeschwindigkeit.
Das langfristige Ziel ist es, ein Messverfahren zu entwickeln, bei dem die Messtechnik im
zu untersuchenden Medium verbleiben kann. Es wurden deshalb kostengünstige und einfach
verfügbare Geräte eingesetzt, wobei diese naturgemäß nicht die maximale Qualität der am Markt verfügbaren Messtechnik erreichen.
Am Beginn der Arbeit werden in Kapitel 2 die bodenmechanischen und mathematischen Grundlagen erläutert. Es wird ein Überblick über konventionelle Methoden der Verdichtungskontrolle gegeben, die Wellenausbreitung im Boden erläutert und die Zusammenhänge zwischen Wellengeschwindigkeiten und anderen Kenngrößen des Bodens werden dargelegt. Häufig eingesetzte Untersuchungsmethoden, die die Wellenausbreitung nutzen, werden erläutert.
In Kapitel 3 wird die eingesetzte Messtechnik beschrieben und der Versuchsaufbau der im
Labor durchgeführten Vorversuche und der im Zuge des Forschungsprojektes Flächendeckende
Dynamische Verdichtungskontrolle für Vibrationswalzen durchgeführten Hauptversuche dargelegt. Die mit den Vorversuchen gewonnenen Ergebnisse und die daraus gezogenen Schlussfolgerungen für die Hauptversuche werden erläutert.
Die durchgeführte Auswertung der aufgenommenen Audio-Dateien wird in Kapitel 4 vorgestellt
und anhand einer Aufnahme exemplarisch dargelegt.
Die so ermittelten Ergebnisse werden in Kapitel 5 angeführt und in Kapitel 6 analysiert. Die Ergebnisse aus der Auswertung des verwendeten Testsignals zeigen, dass die Messmethode
grundsätzlich für eine Verdichtungskontrolle eingesetzt werden kann. Jedoch wurden starke
Abweichungen der Absolutwerte zwischen den aus der Kompressionswellengeschwindigkeit berechneten und den mit konventionellen Methoden bestimmten Bodenparametern festgestellt.
Bekannte und mögliche Fehlerquellen sind in Kapitel 6 genauer erläutert. In Kapitel 7 werden
Empfehlungen zur Weiterentwicklung dieser Messmethode gegeben.
Den Abschluss der Arbeit bilden in Kapitel 8 die Zusammenfassung der Ergebnisse und der
Ausblick für zukünftige Versuchsdurchführungen.

Bodendynamik, Verdichtung, Walzen, Verdichtungskontrolle, Kompressionswelle, Wellengeschwindigkeit

https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_279231.pdf