DE1648973B2 - Vorrichtung zur Messung des Trockenraumgewichtes eines Bodens und Verfahren zu ihrer Einstellung - Google Patents

Description

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sondern es ist ein Brückenabgleich erforderlich. Es ist dabei, daß sich der Wassergehalt des Bodens bei ergeben sich dabei verschiedene Schwierigkeiten: der Verdichtung praktisch nicht ändert

Nach der Messung des Bodenwiderstandes ist nicht Der Aufbau des Analogrechners hangt wesenujui

bekannt, in welcher Weise der erhaltene Meßwert davon ab, von welcher elektrischen Meügroue aiseinen Rückschluß auf das Trockenraumgewicht des S gegangen wird. Grundsätzlich ist der AutDau soit-nci Bodens ermöglichen soll. Das Verfahren wird daher Analogrechnerschaltungen bei Vorgabe der aurwinur insoweit als geeignet angesehen, als es den Verlauf zuführenden Rechenoperationen dem i-acnmann gc der Verdichtungszunahme in Abhängigkeit von der läufig. Als besonders vorteilhaft hat »cn erwiesen, Tiefe und der Anzahl der Übergänge festzuhalten ge- wenn von dem Sondenstrom / als elektrocner iviicu stattet, nicht jedoch für eine quantitative Messung. io größe ausgegangen wird. Es ergibt sich namiicn, o*u Eine weitere Schwierigkeit für die Praxis ergibt sich das reziproke bezogene Trockenraumgewicni cmc daraus, daß ein Brückenabgleich erforderlich ist. lineare Funktion des Sondenstromes ist, und zwar Dabei gestattet der Einfluß der Polarisation an den _ ,^₁, χ (/-/.V(Z₁-Z₂),

Elektroden nur Meßzeiten bis zu maximal 2 Sekunden. YW*-¹- ^ ¹ZSM' f»' Es bedarf schon einer gewissen Geschicklichkeit des 15 darin bedeutet:

Bedienenden, in dieser Zeit eine Brückschaltung abzu- _{= Trockenraumge}wicbt des zu messenden

gleichen. ^y Bodens

Um die verschiedenen Meßwerte miteinander ver- ' . . . · K_ek_annten

gleichen zu können, bezieht man diose auf den Meß- Yh.t = Trockenraumgewicht der zwei bekannten

wert am frisch geschütteten Boden. Es zeigt sich jedoch, 20 Bodenproben J und _,

daß Schüttdichten sehr ungleichmäßig und in keiner g = Yhlyt₂,

Weise reproduzierbar sind. Der Bezug der erhaltenen / = Strom der Meßsonde bei der zu Unter-

Meßwerte auf solche unsicheren BezugsgröCen ge- suchenden Bodenprobe,

stattet keinen Vergleich der Verdichtungen an ver- I₁₂= Strom der Bodenproben »1« und »2«.

schiedenen Orten oder bei verschiedenen Bearbeitun- 25 1-0· _or,„~_c(, _sri

een Aus den genannten Gründen hat das bekannte Die Anordnung wird dann zweckmalJigerweise so

Verfahren der Dichteprüfung von Böden mit Hilfe getroffen, daß die Meßsonde mit konstanter Wechselelektrischer Widerstandsmessungen in der Fraxis spannung beaufschlagt ist, daß mit der Meßsonde ein keinen Eingang gefunden. Meßwiderstand in Reihe geschaltet ist, an dem emc

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor- 30 dem Sondenstrom proportionale Spannung abtaut richtung zur Messung des Trockenraumgewichtes daß die an dem Meßwiderstand abgegriffene Spannung eines Bodens zu schaffen, welche diese Meßgröfe ent- einem stetig einstellbaren Anteil der besagten κοη-weder unmittelbar oder bezogen auf eine bekannte stanten Wechselspannung überlagert ist und dall an Bodengröße (z. B. die Proctordichte) anzeigt. Es soll einem phasenempfindlich gleichrichtenden Anzeigedem Bedienenden also erspart werden, verschiedene 35 gerät einem von Null aus stetig einstellbaren Anteil Daten wie Volumen, Govicht und Wassergehalt, ein- der durch die Überlagerung erhaltenen Surnmenspanzeln zu bestimmen und danach an Hand einer be- nungeinzweiter von Null aus stet.g einstellbarer Anteil stimmten Rechenanleitung das bezogene Trocken- der konstanten Wechselspannung überlagert ist. raumgewicht zu berechnen. Ferner soll eine aus- Mit eiium solchen Analogrechner laßt sich die

reichende Genauigkeit erreicht werden und Messungen 40 oben angegebene Beziehung nachbilden so aau eine in jeder Tiefe des Bodens sowie ein Einsatz auf mög- unmittelbare Anzeige des bezogenen Trockenraumlichst allen in der Praxis vorkommenden Böden mög- gewichtes bzw. des Reziprokwertes desselben erhalten ch sein. Schließlich soll eine kurze Meßzeit erreicht wird. Die Einstellung der Vorrichtung kann vorteilhaft werden und Messungen auch während der Bearbeitung in der Weise erfolgen, daß aus dem zu untersuchenden des Bodens möglich sein. Insbesondere soll die Vor- 45 Boden eine erste und eine zweite Bodenprobe berichtung mechanisch gegen die Bearbeitung des Bodens kannten Trockenraumgewichts hergestellt wird dall unempfindlich _sein bei einer Meßsonde in der zweiten Bodenprobe der

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch zweite Anteil der konstanten Wechselspannung aut gelöst, daß die Meßsonde an eine Wechselstromquelle Null eingestellt und der erste Antei so eingestel wird angeschlossen ist und daß der die Meßstrecke ent- ₅o daß das Anzeigegerät Null anze.gt, daß anschießend haftende Stromkreis mit einem an Hand von Test- bei einer Meßsonde in der ersun _Bodenprobe der messungen mit bekannten Bodenproben einstellbaren Anteil der Summenspannung zunächst auf NuU und Analogrechnerneuwerk zur Erzeugung eines dem be- der zweite Anteil der konstanten Wechselspannung so zogenen Trockenraumgewicht analogen Ausgangs- eingestellt wird, daß die Anzeige dem Trockenraumsienals verbunden ist 55 gewicht der zweiten Bodenprobe entspricht, und daß

C Grundgedanke der Erfindung beruht auf der anschließend der Anteil der S^^^f^Jj^ empirisch gefundenen Erkenntnis, daß sich der Strom verändert wird, bis s.ch eine dem Trockenraumgewicht S die Meßstrecke als Produkt je einer Linearform der ersten Bodenprobe entsprechende Anzeige ergibt des Wassergehaltes des Bodens und des bezogenen Hin Ausführungsbe.spid der EWindung s:m der

Trockenraumgewichte darstellen läßt. Durch Messung 60 Abbildung dargestellt und ,m :folge^Jj"*^ an zwei Proben des untersuchten Bodens mit be- Mit 1 ist em Niederfrequenz-Oszillalor meiner

kannten Trockenraumgewichten lassen sich die Koef- Schwingfrequenz von bei.pidswe.« »» ^H^^^cJⁿ£ fizienten bestimmen. Es ist vorgesehen, daß die Zu- dessen Ausgangsspannung auf e Jen ^™^{Γ 2} ge sammenhänge zwischen dem bezogenen Trockenraum- geben w.rd. Der Verstarke 2 ^¹^¹"™;¹"^^« gewicht und den elektrischen Meßgrößen durch ein 65 niedrigen Ausgangswiderstand. Zum anderen ist er Slogrecn'ernetz^rk durch Tes.messungen so ein- aber kurzschlußfest. Die A-^^^^ ^ stellbar sind, daß sich ein dem bezogenen Trockenraum- stärkers gelangt über einer. Meß«loerstan η zwe gewicht analoges Ausgangssignal ergibt. Wesentlich Zungen eines Schrittschalters 4, der wenigstens zwei

Schaltebenen aufweist. Über diese beiden Schalt- angezeigt wird. Dieses Trockenraumgewicht war ja ebenen des Schalters 4 sind Meßsonden 6 über Kabel 5 bekannt. Wenn das Potentiometer 13 auf diese Weise wahlweise in den Ausgangsstromkreis des Verstärkers 2 eingestellt ist, wird nun das Potentiometer 11 so verin Reihe mit dem Meßwiderstand 3 einschaltbat·. Von stellt, daß die Anzeige dem auf die Proctordichte beeinem Leiter 7, der im folgenden als Bezugspotential 5 zogenen Trockenraumgewicht der Bodenprobe »!«entangesehen wird, führt ein Mitkopplungswiderstand 8 spricht. Damit ist der Analogrechner vollständig einauf den Eingang-des Verstärkers 2 zurück. Die an dem gestellt. In den weiteren Stellungen arbeitet der Meßwiderstand 3 abgegriffene Spannung wird über Schalter 4 als Meßstellenumschalter für die weiteren Addierwiderstände 9 mit einer Teilspannung der Aus- angeschlossenen Sonden 6.

gangsspannung des Verstärkers 2 addiert. Diese Teil- io Man erkennt, daß mit der beschriebenen Einstellung spannung wird an einem einstellbaren Potentiometer 10 die oben angegebene Beziehung zwischen dem auf die abgegriffen. Von der so erhaltenen Summenspannung Proctordichte bezogenen Trockenraumgewicht der wird an einem Spannungsteiler 11 wiederum eine Teil- jeweils untersuchten Probe und dem Sondenstrom spannung abgegriffen. Diese Teilspannung der Sum- nachgebildet ist. Am Meßwiderstand 3 bildet sich eine menspannung, welche am Potentiometer 11 abge- 15 Spannung aus, die dem durch die angeschlossene Meßgriffen wird, wird über weitere Addierwiderstände 12 sonde bei dieser konstanten Spannung fließenden zu einer zweiten Teilspannung der Ausgangsspannung Strom I entspricht. Am Addierpunkt vor dem Potendes Verstärkers 2 addiert, die an einem Potentiometer tiometer 11 ist hiervon der der Bodenprobe »2* ent-13 abgegriffen wird. Die so erhaltene Summenspan- sprechende Meßwert in Abzug gebracht. Das Potentionung gelangt an einen gesteuerten Gleichrichter 14, 20 meter 10 war ja so eingestellt worden, daß in der der von der Ausgangsspannung des Verstärkers 2 ge- Bodenprobe »2« die Summenspannung Null wurde, steuert wird. Die so erhaltene phasenempfindlich Das Signal entspricht also 1-I₂. Die Einstellung des gleichgerichtete Spannung wird an einem Anzeige- Potentiometers 11 berücksichtigt den Faktor, mit instrument 15 angezeigt. welchem /—/₂ in der oben angegebenen Beziehung im Auf den Eingang des gesteuerten Gleichrichters 14 25 rechten Summanden erscheint. Die an dem Potentiowird zusätzlich über einen Addierwiderstand 16 die meter 13 abgegriffene und hinzuaddierte Spannung Ausgangsspannung einer Phasenumkehrstufe 17 hinzu- stellt den linken Summanden der angegebenen Beaddiert. Der Eingang der Phasenumkehrstufe 17 wird Ziehung dar.

über eine weitere Zunge 18 des Schrittschalters 4 in Die über den Addierwiderstand 16 über die Phasendessen dritter Schaltebene in der ersten Stellung des 30 umkehrstufe 17 auf den Eingang des gesteuerten Gleich-Schalters mit dem Bezugspotential des Leiters 7 und richters 14 hinzuaddierte Spannung bewirkt eine Trenin allen weiteren Stellungen mit der darauf bezogenen nung des elektrischen und des mechanischen Null-Spannung des Verstärkers 2 verbunden. punktes des für die umgekehrte Stromrichtung durch Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: eine Diode geschützten Instrumentes 15. Das Instru-Zwischen der Trockenraumdichte der zu unter- 35 ment trägt über seinem mechanischen Anzeigebereich suchenden Probe und dem Sondenstrom besteht, wie die folgende Skala:

oben angegeben, der Zusammenhang °/₀ vom Vollausschlag ... 100 80 60 50 40 20 0

γφί = 1 —(1 —l/g) (1-I₂W₁-I₂). Skalenwert 75 83 94 100 107 125 15

An den Elektroden der Meßsonden 6 liegt eine kon- 40 Zweckmäßigerweise ist die Bodenprobe »1« auf die

stante Spannung an, die durch den Oszillator 1 und Proctordichte des gemessenen Materials und die

den Verstärker 2 bestimmt wird. Der erhaltene Sonden- Bodenprobe »2« auf 80°/₀ dieses Wertes verdichtet,

strom / erzeugt einen dazu proportionalen Spannungs- In sinngemäßer Weise könnte eine Vorrichtung der

abfall an dem Meßwiderstand 3. Die Schaltung wird vorliegenden Art statt zur Bestimmung des Trocken-

nun wie folgt eingestellt: 45 raumgewichtes eines Bodens bei konstantem Wa^ser-

In der ersten Stellung des Schrittschalters 4 wird die gehalt auch zur Bestimmung des variablen Wasser-Ausgangsspannung des Verstärkers 2 über den Meß- gehaltes bei konstantem Trockenraumgewicht benutzt widerstand 3 und über das erste der Verbindungs- werden. Die oben angegebene Beziehung würde in kabel 5 an diejenige Sonde 6 geführt, die sich in der äquivalenter Weise auch für den Wassergehalt gelten. Bodenprobe »2« befindet. In dieser Schalterstellung 50 Statt zweier Bodenproben bekannten Trockenraumstellt man den Schleifer des Potentiometers 11 auf den gewichtes wurden zwei Bodenproben mit bekanntem Addierpunkt, d. h., es wird die volle Summenspannung Wassergehalt für die ersten beiden Sonden vorgesehen abgegriffen. Der Spannungsteiler 13 wird mit seinem werden. Die Einstellung des Analogrechnernetzwerkes Schleifer auf das Referenzpotential der Leitung 7 ge- würde in gleicher Weise vorgenommen, wie es oben für legt. Es wird also von diesem Spannungsteiler keine 55 das Trockenraumgewicht beschrieben worden ist. Die Spannung abgegriffen. Unter diesen Umständen wird Skala des Anzeigeinstruments trägt zu diesem Zweck dann der Spannungsteiler 10 so lange verstellt, bis das vorteilhaft eine zweite Teilung zur Messung des Instrument 15 gleichstromfrei wird. Der Schalter 14 Wassergehalts des Bodens.

wird dann in die zweite Stellung geschaltet, bei welcher Die beschriebene Vorrichtung gestattet somit, die die Ausgänge des Verstärkers 2 über den Meßwider- 60 Verdichtung eines Bodens sogar schon während der stand 3 an die in der Bodenprobe »!«befindliche Sonde Bearbeitung laufend auf eine sehr bequeme Art und geführt sind. In dieser Schalterstellung führt man mit ausreichender Genauigkeit zu messen. Es ergibt zunächst den Abgriff des Potentiometers 11 auf das sich eine direkte Anzeige. Es können somit die Ar-Referenzpotential der Leitung 7. Es wird also von der beiten auf der Baustelle laufend überwacht werden. Summenspannung der Anteil Null abgegriffen. Mittels 65 Die beschriebene Vorrichtung kann auch im Prüffeld des Potentiometers 13 wird dann die Anzeige am bei der Ermittlung der Einsatifähigkeit und der Lei-Instrument 15 so eingestellt, daß das auf die Proctor- stungsdaten verschiedener Verdichtungsgeräte verdichte bezogene Trockenraumgewicht der Probe »2« wendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Paten^ncm-ür-n«»· bezogen auf eine bekannte Bodengröße (z. B. die raxeniansprucne. Proctordichte) mit einer Meßsonde, enthaltend zwei

1. Vorrichtung zur Messung des Trockenraum- Elektroden in dem zu untersuchenden Eoden.
gewichts eines Bodens entweder unmittelbar oder Für die Erstellung von Unterbauten von Straßen bezogen auf eine bekannte Bodengröße (z. B. die 5 sowie auch bei Schüttungen von Dämmen ist eine aus-Proctordichte) mit einer Meßsonde, enthaltend reichende Verdichtung des aufgebrachten Bodens zwei Elektroden in dem zu untersuchenden Boden, unerläßlich. In der Regel geben die Ausschreibungsdadurch gekennzeichnet, daß die Meß- bedingungen der Baubehörden hierfür bestimmte sonde (6) an eine Wechselstromquelle (1, 2) ange- Mindestwerte an, die bei der Erstellung des Bauwerkes schlossen ist und daß der die Meßstrecke enthal- io zu erreichen sind. Es sind verschiedene Verfahren tende Stromkreis mit einem an Hand von Test- bekannt, die bei der Verdichtung des Bodens erzielte messungen mit bekannten Bodenproben einstell- Verdichtung der Schüttung zu messen. Übliche Verbaren Analogrechnernetzwerk (9 bis 13) zur Er- fahren bedienen sich dabei der Entnahme ungestörter zeugung eines dem bezogenen Trockenraum- Bodenproben, deren Trockengewichte und Volumina gewicht analogen Ausgangssignals verbunden ist. 15 bestimmt werden. Diese Verfahren sind aber wegen

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ihrer Umständlichkeit in der Handhabung sowie wegen kennzeichnet, daß die Meßsonde (6) mit konstanter der Zeitdauer, die man zu ihrer Durchführung be-Wechselspannung beaufschlagt ist, daß mit der nötigt, in der Praxis wenig geschätzt. Es kommt hinzu, Meßsonde (S) ein Meßwiderstand (3) in Reihe ge- daß die Bestimmung der Trockenraumdichte in beischaltet ist, an dem eine dem Sondenstrom (/) 20 spielsweise 50 oder 80 cm Tiefe unter der Oberfläche proportionale Spannung abfällt, daß die an dem der Schüttung sehr beschwerlich ist und daher selten Meßwiderstand (3) abgegriffene Spannung einem mit der erforderlichen Sorgfalt und Genauigkeit ausstetig einstellbaren Anteil der konstanten Wechsel- geführt werden kann.

spannung überlagert ist und daß an einem phasen- Andere Meßverfahren benutzen die Absorption

empfindlich gleichrichtenden Anzeigegerät (14, 15) 25 radioaktiver Strahlen durch die festen und flüssigen

einem von Null aus stetig einstellbaren Anteil der Bodenbestandteile. Die Trennung dieser beiden Ab-

durch die Überlagerung erhaltenen Summenspan- Sorptionseinflüsse macht es erforderlich, die Absorp-

nung ein zweiter von Null aus stetig einstellbarer tionen verschiedener Strahlungen (Neutronenstrahlung

Anteil der konstanten Wechselspannung über- und Gammastrahlung) nebeneinander zu beobachten,

lagert ist. 30 wodurch neben den Schwierigkeiten, die mit dem Um-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- gang mit radioaktiven Stoffen allgemein verbunden kennzeichnet, daß auf das Anzeigegerät (14,15) sind, insbesondere der apparative Aufwand ins Geüber einen Schalter (4) und eine Phasenumkehr- wicht fällt. Es bietet außerdem Schwierigkeiten, aus stufe (17) zusätzlich die volle konstante Wechsel- den erhaltenen Zählraten auf die gesuchten Meßgrößen spannung aufschaltbar ist. 35 zu schließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Es ist ferner bekannt, Dichtebestimmungen des kennzeichnet, daß eine Mehl zahl von Meßsonden Bodens zu ersetzen durch Bestimmung der Elastizitäts-(6) vorgesehen ist, die über einen Umschalter (4) moduln mittels statischer (Lastplattenversuch) oder wahlweise in den Stromkreis der Wechselspannung dynamischer Methoden (Ausbreitungsgeschwindigkeit und des Meßwiderstandes (3) einschaltbar sind. 40 räumlicher oder flächiger Wellenformen). Abgesehen

5. Verfahren zum Einstellen einer Vorrichtung davon, daß Plattendruckversuche praktisch auf obernach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß flächennahe Bereiche beschränkt bleiben und die Ausaus dem zu untersuchenden Boden eine erste und Wertung der Messungen über die Wellenausbreitung eine zweite Bodenprobe bekannten Trockenraum- für die Praxis zu verwickelt und im einzelnen auch gewichts (y„ y₂) hergestellt wird, daß mit einer 45 nicht genügend sicher ist, haftet diesem Verfahren der Meßsonde (6) in der zweiten Bodenprobe der Nachteil an, daß die durch sie ermittelte Größe viel zweite Anteil der konstanten Wechselspannung auf eher durch die Verspannung des Bodens als durch Null eingestellt und der erste Anteil so eingestellt dessen Verdichtung bestimmt wird. So lassen sich wird, daß das Anzeigegerät (15) Null anzeigt, daß z. B. nach J. T h e i η e r, Dissertation TH Aachen, anschließend mit einer Meßsonde (6) in der ersten 50 1957, durch die bessere Verspannung der oberen Bodenprobe der Anteil der Summenspannung zu- Schotterlage mit schweren Glattwalzen die Werte des nächst auf Null und der zweite Anteil der kon- Elastizitätsmoduls um bis zu 100% erhöhen, ohne daß stanten Wechselspannung so eingestellt wird, daß dabei das Trockenraumgewicht wesentlich verändert die Anzeige dem Trockenraumgewicht y₂ der zwei- wird. Zieht man in Betracht, daß bei den Ausschreiten Bodenprobe entspricht, und daß anschließend 55 bungsbedingungen bereits einige Prozente des Trokder Anteil der Summenspannung solange verändert kenraumgewichts eine bedeutsame Rolle spielen, so wird, bis sich eine dem Trockenraumgewicht y_x kann von diesen Verfahren nicht erwartet werden, daß der ersten Bodenprobe entsprechende Anzeige von ihren Ergebnissen ein Entscheid über die Annahme ergibt. oder Ablehnung einer Bauleistung gemacht werden

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- 60 kann.

zeichnet durch ihre Verwendung zur Bestimmung Es ist ferner bekannt, für die Dichteprüfung von

des Wassergehaltes eines Bodens. Böden elektrische Widerstandsmessungen zu ver

wenden (G. Kronenberger in Forschungs-

berichte des Landes Nordrhein-Westfalen, Nr. 977).

65 Das bekannte Verfahren arbeitet mit Gleichstrom. Der

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung Widerstand des Bodens wird mit einer Wheatstonedes Trockenraumgewichts eines Bodens entweder un- sehen Brücke gemessen. Es ergibt sich also nicht eine mittelbar (z. B. in Tonnen pro Kubikmeter) oder direkte Anzeige des gesuchten Trockenraumgewichtes,