Nr. 1/2003 Jänner

Neue Entwicklung der Dynamischen Intensivverdichtung (DYNIV)
von Bmstr. Dipl. Ing. Leonhard Zanier

1. die Methode
Die Technik dieser Fallgewichtsverdichtung gehört zu den modernen Methoden der Bodenverbesserung. Der heutige Stand basiert auf den Entwicklungen des französischen Ingenieurs Dr. Louis Menard und später gewonnenen Erfahrungen. Seit den 70er Jahren hat diese Methode einen unvorhersehbaren Aufschwung in der Lösung komplizierter Verdichtungsprobleme und ganz speziell bei der Anwendung auf große Flächen genommen. Bis jetzt wurden über 2000 Projekte der DYNIV weltweit realisiert. Die verdichteten Flächen übersteigen bereits 21 Millionen m2.

2. das Prinzip
Das Prinzip der Verdichtung beruht in der Aufbringung hoher Energie mittels eines Fallgewichts auf die Oberfläche eines zusammendrückbaren Untergrunds, wobei einem Raster- entsprechend der Bodenparameter- gefolgt wird.
Mit den speziellen Hubgeräten werden Fallgewichte von 10 bis 40 Tonnen gehoben und fallengelassen, die dann mit Energien von 100 tm bis max 1600 tm
auf dem Boden aufschlagen.

3. die Anwendung
Es existieren verschiedene Möglichkeiten der Anwendung der DYNIV. Entsprechend der heutigen Erfahrung können nahezu alle Typen von Böden, von Felsschüttungen,Schotter bis Sand, aber auch lehmige und tonige Böden – letztere in Verbindung mit anderen Technologien, wie Sand-Drains, Sand- oder Steinsäulen- verdichtet werden.
Auch Haus- und Gewerbemülldeponien können erfolgreich verbessert werden.
In weiterer Entwicklung wurde die Methode für Unterwasserverdichtung von Meeresböden adaptiert.

Bild 1 – Schema der DYNIV - Dynamische Verdichtung

Die Tiefenwirkung der DYNIV errechnet sich aus der Formel:
t = c . s. √M.h
t = Tiefe des Einflusses
c = Geschwindigkeitsfaktor
s = Kennzahl der Bodencharakteristik
M = Fallmasse, Gewicht in t
h = Fallhöhe der Fallmasse in m

4. die Geräte

Die verwendeten Maschinen sind hauptsächlich riesige Raupenkräne, die speziell adaptiert werden müssen:
So werden Bremsen, Kupplungen, Gegengewichte, der Winkel des Auslegers, die Seiltrommeln etc. geändert.
Da die maximal wirtschaftliche Hub-Kapazität der Raupenkräne bei 25to liegt, wurden zum Erreichen tieferer Zonen spezielle Maschinen entwickelt.

Bild 2 - Raupenkran                             Bild 3 - Tripode

5. die Methode der Dynamischen Verdrängung.

In weichen lehmigen und tonigen Böden kann die klassische
DYNIV nicht wirtschaftlich angewandt werden. Deshalb wurde die Dynamische Verdrängung entwickelt, vorausgesetzt, die Stärke der kompressiblen Schicht ist nicht zu gross ( bis 7,00m ). Von einer Schotter-Arbeitsplattform wirken speziell geformte Fallmassen im erforderlichen Raster ein und stossen das Schottermaterial durch die weiche Bodenschicht. Der entstehende Krater wird wiederverfüllt und die gleichen Punkte erneut geschlagen, bis ein Schotterpfeiler entsteht, dessen Durchmesser von 2 – 4m variieren kann. Das Material zum Wiederverfüllen reicht von Sand bis Steinbruchabfall.

Bild 4 - dynamische Verdrängung

6. Anwendung für das Projekt „Tanklager Hongkong“

Das neueste Gerät für die Methode der dynamischen Verdrängung wurde bei der Bodenverbesserung für ein Tanklager in Hong Kong auf der Insel Tsing Yi verwendet. Dieses Öl-Terminal wurde auf einer bis zu 40m starken Sandschüttung ins Meer errichtet, wobei 39 Tanks bis zu 46m Durchmesser und 20m Höhe konstruiert wurden.
Die erste Massnahme auf der Baustelle war der Aushub einer 10 – 25m starken Schicht aus Schlamm und Ton. Aber es blieben Tonlinsen zwischen der Schüttung und dem darunter liegenden Fels. Die Konstruktionsphasen werden im Bild 5 veranschaulicht.

Bild 5 – Öl – Terminal in Hongkong – Tsing – Yi

Die Steinsäulen durch Dynamische Verdrängung wurden mit der gewaltigen Energie vom 1600tm/Schlag mit der Menard-Tripode erzeugt. Dabei wurde nicht nur die generelle Verdichtung der ganzen Terminal-Zone erreicht, sondern es werden auch die Aufschlag-Kräfte des Fallgewichtes in grosse Tiefen der Schüttung übertragen und dabei auch die Tonlinsen zerstört und unwirksam gemacht.

Bild 6 Tsing – Yi – Endzustand

Die Wirkung der Bodenverdichtung wurde mit Standard Penetrationtests (SPT), Cone Penetrationstests (CPT), Pressiometertests, Hydrotests und Setzungsmessungen kontrolliert und bestätigt.7. Unterwasserverdichtung
Schon 1973 wurde die DYNIV zur Verdichtung von natürlichem Seeboden und Schüttungen erstmals angewandt. Seither wurde diese Methode ständig weiterentwickelt und verbessert. Die Positionierung des Arbeitspontons, speziell geformte Fallgewichte und sorgfältiges Testen sind auch hier Voraussetzungen für den Erfolg.

8. Wellenbrecherfundierung für einen Kriegshafen in Kuwait

Bild 7 Unterwasserverdichtungsgerät im Einsatz

Bei 10m Wassertiefe traf man auf eine ca. 30cm starke Lage von sedimentiertem Sand und darunter liegend 5m losen ( Schwimm- ) Fliess-Sand über dem harten Untergrund. Die DYNIV wurde auf eine geschüttete Schicht von 1,50m Felsmaterial angewandt. Dieses Material wurde durch die sedimentierte Schicht in den Fliess-Sand gehämmert und dabei wurde diese lose Lage bis auf das harte Stratum verdichtet. Die Fertigteile ( Caissons ) für den Wellenbrecher konnten dann eingebaut werden.

Bild 8 Flottenbasis Kuwait

9. Verdichtung von Deponien.

Müllhalden sind der einfachste und wirtschaftlichste Weg zum Deponieren von Haus- und Industriemüll. Oft wurde dies mit unkontrollierten Schüttungen durchgeführt. Aber mit dem Fortschreiten der Knappheit der verfügbaren Grundflächen wird es immer schwieriger, neue Plätze zur Ablagerung zu finden. Diese Tatsache hat Behörden und private Firmen dazu veranlasst, die Lebensdauer der Deponien zu verlängern und die Kapazität zu erhöhen.
DYNIV und Dynamische Verdrängung sind ausgezeichnete Methoden, Schutt- und Müllhalden zu verdichten. Dabei werden neben der Volumenserhöhung der Deponie auch zwischengelagerte Dichtschichten hergestellt.
Neben zahlreichen, erfolgreichen Anwendungen in Deutschland war die Verdichtung von Hausmüll für die Errichtung von 2stöckigen Wohnhäusern in Kuala Lumpur besonders zielführend. Der Müll reichte in eine Tiefe von 8,50m.

Die Arbeitsphasen für dieses Projekt waren wie folgt:

• Aushub der obersten 2m der Gesamtfläche
• Wiederverfüllen mit 3m erstklassigem Sand
• Dynamische Verdrängung unter den Hauptlasten der zukünftigen Gebäude, d.h. Herstellen von Sandsäulen Ð 3m
• DYNIV über die gesamte Fläche in 2 Übergängen mit einer Glättungsphase (aus 3m Höhe wird Mann an Mann geschlagen)
• Qualitätskontrolle und Resultate

Der Mittelwert der Bodentragfähigkeit wurde von vorher 125kn/m_ auf 410kn/m_ erhöht, die Setzungen waren mit 12mm kalkuliert, 8mm wurden gemessen. Zweihundert Familien leben seither sicher in ihren neuen Häusern.

Bild 8 Startbahn des Flughafen NIZZA

Schlußbemerkungen

Dynamische Intensivverdichtung, Dynamische Verdrängung, Unterwasserverdichtung und Verdichtung von Mülldeponien mit dem Fallgewicht sind jetzt perfekt entwickelte, zuverlässige und wirtschaftliche Methoden zur Bodenverbesserung.
Die Entwicklung von speziellen Geräten erlaubt die gewaltige Energie in den Untergrund zu leiten.
Kein zusätzliches Material – wie Zement, Chemikalien, Pfähle oder Stahl wird benötigt. Nur DYNIV und reine Energie.