Leichtes Fallgewichtsgerät kalibrieren

Leichtes und Mittelschweres Fallgewichtsgerät
werden auf dem von TERRATEST® selbst
entwickelten und gebauten Kalibrierstand
„CS 01“ kalibriert. Dr. Bernhard Korsch (links),
Kalibrierstellenleiter und Frank G. Schulz, CEO
präsentieren stolz die Zulassungsurkunden der
Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) für das
Leichte und Mittelschwere Fallgewichtsgerät.
Nur vier von sieben Kalibrierstellen wurden
von der BASt für die Kalibrierung des
Mittelschweren Fallgewichtsgerätes zugelassen.

Das Leichte Fallgewichtsgerät für den dynamischen Lastplattendruckversuch ist gemäß technischer Prüfvorschrift für Boden und Fels im Straßenbau TP BF-StB Teil B8.3 (2012) einmal innerhalb von 12 Monaten neu zu kalibrieren. Diese turnusgemäße Kalibrierung gewährleistet, dass die Geräte auf der Baustelle präzise messen und die Messergebnisse zur Beurteilung der Verdichtungsqualität von Böden gemäß ZTV E und ZTV A herangezogen werden können. Messergebnisse eines nicht kalibrierten Leichten Fallgewichtsgerätes dürfen nicht als Verdichtungsnachweise verwendet werden. Die Gültigkeit der Kalibrierung kann anhand der Prüfplakette, die sich jeweils auf den Komponenten des Gerätes befindet abgelesen werden. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) mit Sitz in Bergisch-Gladbach hat deutschlandweit sieben Kalibrierstellen für die Kalibrierung von Leichten Fallgewichtsgeräten gemäß neuer technischer Prüfvorschrift TP BF-StB Teil B8.4 (2016) zugelassen, jedoch nur vier Kalibrierstellen für die Kalibrierung des neuen Mittelschweren Fallgewichtsgerätes. „Wir sind besonders stolz darauf, dass wir auch die strengen Anforderungen der BASt an die Kalibrierung des Mittelschweren Fallgewichtsgerätes sofort erfüllen konnten“, sagt Dr. Bernhard Korsch, Kalibrierstellenleiter bei TERRATEST® Berlin. „Wir haben unseren Kalibrierstand selbst entwickelt und dann den Parametern des Mittelschweren Fallgewichtes angepasst. Vor allen Dingen die Software an die neuen Setzungsmessbereiche des Leichten Fallgewichtsgerätes und des Mittelschweren Fallgewichtsgerätes anzupassen, war eine Herausforderung. Heute können wir mit Stolz behaupten, dass wir zu den Besten zählen. Die Entwicklung des Mittelschweren Fallgewichtsgerätes und des dazugehörigen Kalibrierstandes war eine komplexe Angelegenheit,“ so Dr. Korsch weiter. Die BASt hatte Anfang Oktober 2016 alle sieben Kalibrierstellen in Deutschland geprüft und Anfang Februar 2017 nur drei weiteren Kalibrierstellen neben TERRATEST® die Zulassung für die Kalibrierung des Mittelschweren Fallgewichtsgerätes erteilt. Das Mittelschwere Fallgewichtgerät gemäß TP Gestein-StB Teil 8.2.1 hat im Gegensatz zum Leichten Fallgewichtsgerät eine doppelte so hohe Stoßkraft. Diese erreicht man durch die Verwendung eines 15 kg Fallgewichtes und der Verwendung von stärkeren Tellerfedern. Dadurch ist das Mittelschwere Fallgewichtsgerät besonders gut geeignet für die Prüfung der Tragfähigkeit von Schichten ohne Bindemittel nach ZTV SoB-StB (Frostschutzschutzschichten, Kies- und Schottertragschichten, Deckschichten ohne Bindemittel) oder ähnliche Schichten mit hoher Steifigkeit wie zum Beispiel qualifizierten Bodenverbesserungen im Erd-, Straßen- und Tiefbau.

Bisher produzierte TERRATEST® neben dem Leichten Fallgewichtsgerät mit 1,0facher Stoßkraft auch ein Leichtes Fallgewichtsgerät mit 1,5facher Stoßkraft, das vorwiegend in Nordrhein-Westfalen Verwendung findet, weil dort von Straßen NRW (Straßenbaubehörde Nordrhein-Westfalen) eine entsprechende Prüfvorschrift herausgegeben wurde. Diese Krafterhöhung wurde ebenfalls durch die Verwendung eines 15 kg Fallgewichtes in Verbindung mit speziellen Tellerfedern erreicht. Dieser Gerätetyp wurden mit einer sogenannten Werkskalibrierung ausgeliefert, die sich an die Anforderungen der TP BF-StB Teil B8.3 anlehnte. TERRATEST® bietet nun für bestehende alte vorhandene Belastungsvorrichtungen mit 1,5facher Stoßkraft die Möglichkeit, diese kostengünstig in ein Mittelschweres Fallgewichtsgerät gemäß TP Gestein-StB Teil 8.2.1 umzubauen und dann nach TP BF-StB Teil B8.4 zu kalibrieren. Gleichzeitig wird die Messelektronik mit einer neuen Firmware ausgestattet, die das Umschalten zwischen Leichtem Fallgewichtsgerät und Mittelschwerem Fallgewichtsgerät erlaubt. So kann auf der Baustelle der Wechsel der unterschiedlichen Belastungsvorrichtungen schnell und komfortabel durchgeführt werden. Einfach „MFG“ im Menü der TERRATEST® Messelektronik auswählen, Belastungsvorrichtungen tauschen und messen. Das einfache Handling ist ein absolutes Plus bei der Verwendung des Mittelschweren Fallgewichtsgerätes. Der Vorteil eines Umbaus liegt auf der Hand: auch ältere Geräte könnten dann gemäß ZTV SoB-StB verwendet werden. Alle vorhandenen Leichten Fallgewichtsgeräte können selbstverständlich mit einem Mittelschweren Fallgewicht aufgerüstet werden. „Das versetzt unsere Kunden jetzt in die Lage, auch Schichten mit besonders hoher Tragfähigkeit gemäß ZTV SoB-StB mit unseren Geräten nachzuweisen“, so Frank G Schulz, CEO bei TERRATEST®. „Bisher konnten die Leichten Fallgewichtsgeräte nur bis zu einem Wert von EV2 gleich 120 MN/m² eingesetzt werden. Viele Kunden machen bereits von unserem Umbauangebot Gebrauch und lassen ihre vorhandene alte 15 kg Belastungsvorrichtung auf die neue Variante mit 2facher Stoßkraft umbauen“, so Schulz weiter.

Die Kalibrierung der Fallgewichtsgeräte wird unter Laborbedingungen auf einem starren Unterbau, einem Betonwürfel von 80 x 80 x 80 cm, durchgeführt und besteht aus zwei unterschiedlichen Kalibriervorgängen. Zuerst wird die Kraft der Belastungsvorrichtung auf einer speziellen Kraftmessdose kalibriert. Die Kraft der Belastungsvorrichtung für das Leichte Fallgewichtsgeräte muss 7070 Newton und die Belastungsvorrichtung für das Mittelschwere Fallgewichtsgerät 14140 Newton betragen (1% Toleranz). Durch Veränderung der Fallhöhe oben an der Ausklinkvorrichtung kann die Kraft verringert oder erhöht werden. Die Impulszeiten des Stoßes sind mit 17 Millisekunden plus minus 1,5 bzw. 1,0 Millisekunden beim Mittelschweren Fallgewichtsgerät vorgeschrieben und werden über die Vorspannung der Tellerfedern erreicht. Sind die Parameter Fallhöhe und Vorspannung der Tellerfedern präzise eingestellt, werden drei Messreihen mit je zehn Stößen auf dem Kalibrierstand durchgeführt. Die Belastungsvorrichtung ist kalibriert, wenn die Abweichungen von Kraft und Impulszeit zwischen den unterschiedlichen Stößen geringer als 1% ist und keine Ausreißer auftreten. Nach der Kalibrierung der Kraft der Belastungsvorrichtung wird die Setzungsmesseinrichtung in drei Kalibrierbereichen nämlich hart, mittelhart und weich durchgeführt. Dazu wird die Lastplatte auf eine 30 mm starke, 30 kg schwere Stahlplatte mit einem Durchmesser von 340 mm gespannt. Diese Stahlplatte soll den Halbraum unter der Lastplatte symbolisieren. Unter die Stahlplatte werden je Kalibrierbereich unterschiedlich starke Polyethylen-Matten gelegt. Diese stehen für die unterschiedlichen Setzungsmessbereiche. Die harte Matte führt zu einer Setzung von etwa 0,3 mm und entspricht damit einem relativ gut verdichteten Boden mit einem Evd-Wert von 75 MN/m² wie man ihn beim Straßenbau findet. Die weiche Matte führt zu einer Setzung von etwa 1,6 mm und entspricht damit einem eher weichen, unverdichteten Boden mit einem Evd-Wert von 14 MN/m², etwa dem für gewachsenem Boden. Der Kalibrierbereich des Leichten Fallgewichtsgerätes ist durch die Verwendung dieser von der BASt vorgeschriebenen Matten auf einen Messbereich von etwa 15 bis 75 MN/m² festgelegt. Mit dem Mittelschweren Fallgewichtsgerät werden mit anderen Mattenstärken dieselben Setzungen von etwa 0,3 mm, 0,5 mm und 1,2 mm erreicht. Durch die doppelt so hohe Spannung unter der Lastplatte während des Stoßes, wird das Gerät jedoch in einem Evd-Bereich zwischen 30 und 150 MN/m² kalibriert. Dieser Messbereich entspricht Ev2 Werten von bis zu über 200 MN/m², wodurch sich das Gerät hervorragend für die Messung auf Schichten mit besonders hohen Steifigkeiten eignet.

Nachdem die Matten unter der mit der Lastplatte verspannten Stahlplatte positioniert sind, werden drei Wegsensoren von oben auf die Lastplatte gesetzt. Diese sollen den Weg der Lastplatte unter der Stoßbelastung verfolgen und die maximale Setzung exakt bestimmen. Da es sich um eine dynamische Messung mit einer Kraft von 7070 Newton handelt und der Impuls lediglich maximal 17 Millisekunden andauert, ist die präzise Ermittlung der maximalen Setzung mittels Beschleunigungssensor nicht ganz so einfach. „Man staunt immer wieder wie genau das System Fallgewichtsgerät misst“, sagt Sven Krone, zuständig für die Kalibrierung der Leichten und Mittelschweren Fallgewichtsgeräte bei TERRATEST®. „Unsere Fallgewichtsgeräte messen quasi bei jedem Stoß auf derselben Matte immer den gleichen Wert. Die Messungen sind extrem wiederholbar und differieren nur im einstelligen µ-Bereich. Wenn man sich einmal vor Augen führt, dass ein menschliches Haar eine Stärke von 50 µ hat, ist das eine absolute Präzisionsmessung, wenn unser Gerät bei zehn Stössen eine Streuung von 3 µ aufweist“, schwärmt Krone von der Messgenauigkeit der TERRATEST® Fallgewichtsgeräte.

Der Mittelwert der maximalen Setzung die von den drei Wegsensoren ermittelt wird, wird mit der maximalen Setzung verglichen, die der TERRATEST® Sensor ermittelt. Nur wenn die Abweichungen über alle drei Kalibrierbereich äußerst gering sind und sich im µ-Bereich befinden ist das Gerät kalibriert. Unter Verwendung eines Kalibrierfaktors, können die Messwerte des TERRATEST®-Sensors den Messwerten der Wegsensoren angepasst werden. Das Gerät misst nach erfolgter Kalibrierung absolut präzise und ist damit kalibriert für Messungen auf der Baustelle. Alle TERRATEST®-Geräte verfügen über eine interne Kalibriererinnerung, die den Anwender bereits vor Ablauf des Kalibrierzyklus an die bevorstehende Kalibrierung erinnert. Die Kalibrierung wickelt TERRATEST® durch einen Hol- und Bringservice ab, die Abwicklungsdauer für den gesamten Kalibriervorgang beträgt in der Regel etwa eine Woche.

„Wir freuen uns, dass sich die Akzeptanz des dynamischen Lastplattendruckversuches mit dem Leichten Fallgewichtsgerät durch die neue Kalibriervorschrift für das neue Mittelschwere Fallgewichtsgerät erhöht. Der Messbereich des Gerätes umfasst nun auch die Bereiche für Schichten mit hohen Steifigkeiten“, sagt Frank G Schulz. „Der zeitaufwendige und kostenintensive statische Lastplattendruckversuch mit Hilfe eines Kontergewichtes wie zum Beispiel eines beladenen LKW ist einfach zu aufwendig und kann zum Beispiel im Leitungsbau und an schwer zugänglichen Stellen wie Hinterfüllungen nur bedingt durchgeführt werden. Die Nachfrage nach unserem Leichten Fallgewichtsgerät steigt auch immer mehr von Seiten öffentlicher Auftraggeber wie Städte, Gemeinden und Versorgern. Ein weiteres eindeutiges Zeichen dafür, dass die Messmethode mit dem Leichten Fallgewichtsgerät auf dem Vormarsch ist“, so Schulz weiter.