Berechnung der Dichte in situ — Sandvolumenmethode
Die Sandvolumenmethode ist das Referenzverfahren zur Überprüfung der erreichten Trockendichte in einer verdichteten Schüttung. Dieser Rechner nimmt die Masse des entnommenen Materials, den Wassergehalt und die Masse des kalibrierten Sandes, der das Loch füllt, und liefert die feuchte Raumdichte vor Ort, die Trockenraumdichte und die relative Verdichtung im Vergleich zur maximalen Trockendichte (DPr) des Proctorversuchs. Anwendbar nach DIN 18125-2 und DIN 18196, verbindlicher Standard für strukturelle Schüttungen, Tragschichten und Unterbau.
Was wird gemessen und wann wird es angewendet?
Der Versuch quantifiziert, wie stark ein Boden auf der Baustelle verdichtet wurde, im Vergleich zur DPr aus dem Labor. Er wird angewendet, um fertiggestellte Schichten von Schüttungen, Dämmen, verbesserten Planumsschichten und grobkörnigen Tragschichten zu überprüfen. Die Sandvolumenmethode ist in Deutschland weiterhin die maßgebliche Methode: Obwohl die nukleare Dichtesonde schneller ist, werden signifikante Abweichungen zwischen nuklearer und Sandvolumenmethode mit der Sandvolumenmethode geklärt. Sie ist bei Abnahmen von Bauwerken nach DIN EN 1997-1 (Eurocode 7) + DIN 1054 vorgeschrieben.
Angewandte Formeln
Volumen des Loches: V = M_Sand / ρ_Sand
wobei M_Sand die Masse des kalibrierten Sandes ist, die das Loch füllt (abzüglich des Trichteranteils) und ρ_Sand die kalibrierte Dichte dieses Sandes ist.
Feuchte Raumdichte vor Ort: γ = M_Boden / V
Trockenraumdichte: γd = γ / (1 + w)
Relative Verdichtung: CR = (γd / DPr) × 100 %
Differenz zum optimalen Wassergehalt: Δw = w_Feld − wopt
Berechnungsbeispiel
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Masse des entnommenen Bodens | 3 920 g |
| Wassergehalt des Bodens (w) | 6,8 % |
| Masse des Sandes im Loch | 2 720 g |
| Kalibrierte Sanddichte (ρ_Sand) | 1,415 g/cm³ |
| DPr modifizierter Proctor | 21,3 kN/m³ (2 170 kg/m³) |
| wopt Proctor | 7,5 % |
Zunächst das Volumen des Loches: V = 2 720 / 1,415 = 1 922 cm³ = 0,001922 m³. Umrechnung der Bodenmasse in kN: 3 920 g = 3,92 kg → 3,92 × 9,81 = 38,46 N = 0,03846 kN. Feuchte Raumdichte γ = 0,03846 / 0,001922 = 20,0 kN/m³. Trockenraumdichte γd = 20,0 / (1 + 0,068) = 20,0 / 1,068 = 18,73 kN/m³. Relative Verdichtung CR = (18,73 / 21,3) × 100 = 88,0 %. Wassergehaltsdifferenz Δw = 6,8 − 7,5 = −0,7 % (trockene Seite des Optimums).
Ergebnis: γ = 20,0 kN/m³ · γd = 18,7 kN/m³ · CR = 88 % · Δw = −0,7 %. Erfüllt nicht das übliche Minimum von 100 % für den Unterbau.
Interpretation der Ergebnisse
Ein CR von 88 % liegt weit unter den nach DIN EN 1997-1 (Eurocode 7) + DIN 1054 für Tragschichten und Unterbau geforderten 100 %. Es gibt zwei Optionen: Nachverdichten mit einem Wassergehalt näher am Optimum (Zugabe von Wasser, wenn trocken) und Erhöhung der Walzenübergänge, oder Überprüfung, ob die DPr des Proctorversuchs dem gleichen Material entspricht. Liegt der CR zwischen 95 % und 100 %, kann dies im Einzelfall toleriert werden; unter 95 % wird die Schicht abgelehnt.
Referenznormen
- DIN 18125-2 — Baugrund, Untersuchung von Bodenproben — Bestimmung der Dichte des Bodens — Teil 2: Feldversuche
- DIN 18196 — Erd- und Grundbau — Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke
- DIN EN 1997-1 (Eurocode 7) + DIN 1054 — Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik — Teil 1: Allgemeine Regeln
- DIN EN ISO 17892-2 — Geotechnische Erkundung und Untersuchung — Laborversuche an Bodenproben — Teil 2: Bestimmung der Dichte des Bodens
Häufig gestellte Fragen
Wie oft sollte ich Dichtebestimmungen auf der Baustelle durchführen?
Für Unterbau und Tragschichten nach DIN EN 1997-1 (Eurocode 7) + DIN 1054 typischerweise ein Versuch pro 1 500 m² oder pro Schicht auf jeweils 200 m Länge, je nachdem, was geringer ist. Bei strukturellen Schüttungen von Gebäuden wird einer pro 300-500 m² pro Schicht gefordert. Die projektspezifischen Ausschreibungen können strengere Anforderungen stellen.
Was mache ich, wenn die Sandvolumenmethode einen CR > 100 % ergibt?
Dies kann bei sehr gut verdichteten gebrochenen Tragschichten vorkommen, aber wenn er 103-104 % übersteigt, sollte die Referenz-DPr überprüft werden. Ein Proctorversuch mit einem etwas anderen Material als dem Baustellenmaterial unterschätzt die tatsächliche DPr. Es wird empfohlen, eine Probe aus der Schicht zu entnehmen und den Proctorversuch zu wiederholen.
Kann ich die Sandvolumenmethode immer durch eine nukleare Dichtesonde ersetzen?
Ja für die Routineüberwachung, aber der Standardvertrag nach DIN EN 1997-1 (Eurocode 7) + DIN 1054 verlangt, dass mindestens 1 von 10 Versuchen mit der Sandvolumenmethode verglichen wird. Bei einer Abweichung von mehr als 2 % hat die Sandvolumenmethode Vorrang. Für die Endabnahme wird fast immer die Sandvolumenmethode verlangt.
Wie wird der Sand kalibriert?
Seine Dichte wird durch Befüllen eines Behälters mit bekanntem Volumen nach dem gleichen Verfahren wie beim Versuch bestimmt. Dies wird 3-5 Mal wiederholt und gemittelt. Der Sand muss kalibriert, trocken und gleichmäßig sein (typischerweise Ottawasand oder ähnlich), und seine Dichte wird alle 3 Monate oder nach 50 Versuchen neu überprüft.