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Johannes Pistrol wird mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis der TU Wien ausgezeichnet. Seine Forschung
ermöglicht eine kontrollierte Verdichtung des Bodens und sorgt damit für langlebigere Bauwerke.
Wien (tu) - Wenn sich auf der Straße Spurrinnen bilden, ist daran nicht unbedingt der Asphalt schuld.
Oft liegt es am Untergrund unter dem Asphalt, der beim Straßenbau nicht ausreichend gut verdichtet wurde.
Mit modernen Straßenwalzen versucht man dieses Problem möglichst gering zu halten. Man lässt die
Walzkörper vibrieren oder schwingen, um einen möglichst stabilen Untergrund zu schaffen.
Johannes Pistrol vom Institut für Geotechnik der TU Wien hat in seiner Dissertation untersucht, wie man diese
Schwingungen am besten einsetzt und wie man sie nutzen kann, um wichtige Informationen über die Beschaffenheit
des Bodens zu gewinnen. Dafür erhält er am 14.12. den Dr. Ernst Fehrer-Preis der TU Wien.
Schwingende Walzen
Egal ob man eine Straße, eine Bahntrasse oder einen Damm baut – es ist wichtig, den Boden zu verdichten und
einen stabilen Untergrund zu schaffen, sonst hat das Bauwerk keinen Bestand. Das bloße Gewicht einer Walze
reicht aber nicht aus, selbst ein tonnenschwerer Walzenzug verdichtet nur die obersten Zentimeter. Eine viel bessere
Wirkung erzielt man, wenn man die Bandage der Walze zum Schwingen oder Vibrieren bringt.
„Wenn man die Bandage vibrieren lässt, sodass sie während des Walzens mit hoher Frequenz auf den Boden
schlägt, kann man eine viel dickere Bodenschicht bearbeiten“, erklärt Johannes Pistrol. „Allerdings kann
man solche Vibrationswalzen nicht überall einsetzen, weil ihre Erschütterungen auch Schäden an benachbarten
Gebäuden verursachen können.“ Oft verwendet man daher sogenannte Oszillationswalzen – sie drehen sich
in Sekundenbruchteilen immer wieder ein kleines Stück nach vor und wieder zurück, der Rollbewegung der
Walze wird eine Roll-Oszillation überlagert. Daher hämmert diese Walze nicht von oben auf den Untergrund,
sie scheuert auf dem Boden vor und zurück, wodurch sich eine sehr gleichmäßige Bearbeitung der
Oberfläche ergibt.
Eine entscheidende Frage dabei ist allerdings: Wie weiß man, wann man mit der Bodenbearbeitung fertig ist?
„Natürlich könnte man eine bestimmte Stelle immer und immer wieder mit der Straßenwalze bearbeiten,
so lange bis man ganz sicher ist, dass der Boden optimal verdichtet ist“, sagt Johannes Pistrol. „Doch das kostet
nicht nur zu viel Zeit, es führt auch zu einem inakzeptablen Verschleiß der Walze.“
Die Schwingung verrät die Qualität des Bodens
Man kann den Boden auch punktuell überprüfen – doch kleine lokale Schwachstellen, an denen der Untergrund
besser noch einmal nachverdichtet werden sollte, lassen sich dadurch kaum aufspüren. Besser ist es, aus den
Vibrationen und Schwingungen der Walze Informationen über die Bodenbeschaffenheit zu gewinnen.
„Für Vibrationswalzen gab es bereits Methoden dafür, bei Oszillationswalzen ist das aber komplizierter“,
erklärt Pistrol. Im Rahmen seiner Dissertation, in Zusammenarbeit mit dem Walzenhersteller HAMM, gelang es,
den Zusammenhang zwischen dem Schwingungsverhalten und dem Verdichtungszustand des Bodens zu analysieren. Dazu
waren nicht nur Computersimulationen und theoretische Berechnungen nötig, sondern auch zahlreiche Versuche
in einer Kiesgrube in Fischamend.
Um Schwachstellen im Boden zu simulieren, griff Pistrol auf ungewöhnliche Tricks zurück: „Wir haben alte
Matratzen vergraben, 55 cm unter der Oberfläche“, erzählt er. „Tatsächlich kann man zeigen, dass
sich genau über diesen Matratzen das Schwingungsverhalten des Systems deutlich ändert.“
Einerseits kann man mit Johannes Pistrols Modell aus dem Schwingungsverhalten der Walze ableiten, ob der Boden
bereits ausreichend gut verdichtet ist, oder ob man ihn noch ein weiteres Mal bearbeiten muss. Andererseits kann
man es auch verwenden, um die optimalen Parameter der Bodenverdichtung abzuschätzen und für eine effiziente
und verschleißarme Bodenbearbeitung zu sorgen.
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