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 14.12.2016 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.

Dr. Ernst Fehrer-Preis

Am Mittwoch, dem 14. Dezember 2016 wird Dr. Johannes Pistrol vom Rektorat der TU Wien mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis ausgezeichnet. Dieser Preis wurde von Dr. Rosemarie Fehrer gestiftet, der Witwe des Erfinders und Industriellen Dr. Ernst Fehrer. Der Preis wird jährlich für besondere technische Forschungsleistungen mit praktischer Anwendbarkeit vergeben. Überreicht wird er in diesem Jahr von der Stifterin persönlich, in Anwesenheit der Familie Fehrer.

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Rückfragehinweis:
Dr. Johannes Pistrol
Technische Universität Wien
Institut für Geotechnik
Karlsplatz 13, 1040 Wien
T +43-1-58801-221 27
johannes.pistrol@tuwien.ac.at

Aussender:
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Resselgasse 3, 1040 Wien
T.: +43-1-58801-41024
pr@tuwien.ac.at 

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