BE1021927B1

BE1021927B1 - Werkwijze en inricting voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem

Info

Publication number: BE1021927B1
Application number: BE2014/0508A
Authority: BE
Inventors: Dieter Wim Jan Rabaut; Wouter Everaerts
Original assignee: GeoSea N.V.
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-27
Also published as: EP2963185B1; EP2963185A1

Abstract

De inrichting omvat een langwerpige holle hoorbuis en een in de hoorbuis opgenomen bodemmonsterhouder met een inwendige holte die aansluit op een aan een onderzijde van de hoorbuis voorziene inlaatopening. Een dwarsafmeting van de inwendige holte van de bodemmonsterhouder bedraagt ten minste 200 mm. Een onderzijde van de hoorbuis wordt met een aandrijving in de onderwaterbodem gedreven waardoor de inwendige holte van de bodemmonsterhouder zich via de inlaatopening vult met bodemmateriaal. Een op de onderwaterbodem geplaatst steunframe positioneert de hoorbuis ten opzichte van de onderwaterbodem. De inrichting laat toe bodemmonsters te nemen met een relatief grote dwarsafmeting waardoor hieruit een ongeroerd meetmonster van kleinere dwarsafmeting kan worden genomen. Om de hoorbuis in de onderwaterbodem te kunnen drijven wordt een aandrijving toegepast die een indrijfkracht van ten minste 500 kN kan leveren.

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET NEMEN VAN EEN BODEMMONSTER UIT EEN ONDERWATERBODEM

TECHNISCH GEBIED

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem onder gebruikmaking van de inrichting.

STAND VAN DE TECHNIEK

Voor het plaatsen van bouwwerken op of in een onderwaterbodem dient een goed inzicht te worden verkregen in de eigenschappen van de onderwaterbodem. Dit geldt eveneens voor het ontwerp van een uitgraving of voor een ophoging van een zee- of rivierbodem bijvoorbeeld. Hiertoe worden bodemmonsters genomen uit de onderwaterbodem die naderhand in een laboratorium worden geanalyseerd op samenstelling en eigenschappen bijvoorbeeld.

In een aantal gevallen, zoals bijvoorbeeld voor het leggen van gasleidingen, is het voldoende om informatie te verzamelen over de onderwaterbodem tot een relatief geringe bodemdiepte van bijvoorbeeld 4-5 m. In andere gevallen zal het nodig zijn bodemmonsters te nemen tot op bodemdieptes van 70-80 m en meer. Hierbij kan de onderwaterbodem zich op waterdieptes van 1000-2000 m en meer bevinden.

Bekende inrichtingen voor het nemen van bodemmonsters zijn in staat monsters te nemen in relatief zachte grond, maar zijn beperkt of niet inzetbaar in klei-, grind-, en rotsbodems. Daarenboven is de indringdiepte of monstemamediepte van de bekende inrichtingen meestal beperkt tot 5 à 6 meter. Verder is het lastig gebleken met de bekende inrichtingen ongeroerde bodemmonsters te nemen. Inderdaad blijkt een genomen bodemmonster in veel gevallen aangetast te zijn door de monstemame zelf en zijn de gemeten eigenschappen niet representatief voor de bodemeigenschappen. Dit probleem treedt bijvoorbeeld op in relatief slappe klei-en krijtbodems.

Een doel van de onderhavige uitvinding is daarom een inrichting en werkwijze te verschaffen die bovengenoemde nadelen van de stand der techniek althans ten dele opheffen.

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

De uitvinding verschaft daartoe een inrichting volgens conclusie 1. In het bijzonder wordt een inrichting voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem verschaft omvattende een langwerpige holle hoorbuis en een in de hoorbuis opgenomen bodemmonsterhouder met een inwendige holte die aansluit op een aan een onderzijde van de hoorbuis voorziene inlaatopening; een steunframe dat is ingericht om op de onderwaterbodem te worden geplaatst en de hoorbuis te positioneren ten opzichte van de onderwaterbodem; en een aandrijving voor het in de onderwaterbodem drijven van de onderzijde van de hoorbuis waardoor de inwendige holte van de bodemmonsterhouder zich via de inlaatopening vult met bodemmateriaal; waarbij een dwarsafmeting van de inwendige holte van de bodemmonsterhouder ten minste 200 mm bedraagt, en de aandrijving is ingericht om een indrijfkracht van ten minste 500 kN te leveren. Bij voorkeur bedraagt de dwarsafmeting van de inwendige holte van de bodemmonsterhouder ten minste 250 mm, met meer voorkeur ten minste 300 mm, en met de meeste voorkeur ten minste 350 mm.

Gebleken is dat een bodemmonsterhouder met de geclaimde afmetingen een bodemmonster kan opnemen waarvan althans een deel ongeroerd bodemmateriaal bevat. Het betreft in het bijzonder een deel dat zich op afstand bevindt van zijwanden van de bodemmonsterhouder. Afhankelijk van de bodemeigenschappen blijkt het mogelijk een ongeroerd subbodemmonster te nemen uit de bodemmonsterhouder met een dwarsafmeting, bij voorkeur een diameter, gelegen tussen 100 en 300 mm, bij voorkeur tussen 150 en 250 mm, en met de meeste voorkeur tussen 175 en 225 mm.

Met de inrichting kan volgens de uitvinding een werkwijze voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem worden uitgevoerd, omvattende het op een onderwaterbodem plaatsen van het steunframe met hoorbuis, waardoor een onderzijde van de hoorbuis wordt gepositioneerd ten opzichte van de onderwaterbodem; het middels de aandrijving in de onderwaterbodem drijven van de onderzijde van de hoorbuis waardoor de inwendige holte van de bodemmonsterhouder zich via de inlaatopening vult met bodemmateriaal; het optrekken van de met bodemmateriaal gevulde bodemmonsterhouder; en het uit de bodemmonsterhouder verwijderen van het genomen bodemmonster.

De uitvinding is goed toepasbaar bij het baggeren van onderwaterbodems, bij landwinning, maar bijvoorbeeld ook bij onderwater mining van mineralen of nodules die zich op, of in een onderwaterbodem bevinden. De uitvinding is eveneens bijzonder geschikt voor het nemen van bodemmonsters in zogenaamde caprock, waarbij een harde bovenlaag toegang tot de onderwaterbodem bemoeilijkt. Ook bij onderwaterbodems die uit meerdere elkaar afwisselende harde en zachte lagen bestaan biedt de uitvinding bijkomende voordelen.

In een nuttige uitvoeringsvorm wordt uit het bodemmonster een ongeroerd subbodemmonster met kleinere afmeting genomen. Met ongeroerd wordt bodemmateriaal aangeduid waarvan de eigenschappen in hoofdzaak niet zijn aangetast of beïnvloed door de monstemame zelf. Met ‘in hoofdzaak’ wordt in de context van deze aanvraag ten minste 90%, met meer voorkeur ten minste 94 % en met de meeste voorkeur ten minste 98% van de betreffende grootheid aangeduid.

Vanwege de relatief grote dwarsafmeting van de bodemmonsterhouder en omhullende hoorbuis is de inrichting slechts in staat een bodemmonster te nemen wanneer de aandrijving is ingericht om een indrijfkracht van ten minste 500 kN te leveren. In beginsel kan de aandrijving vrij worden gekozen. Om bodems op relatief grote waterdieptes te kunnen bemonsteren is de aandrijving in een uitvoeringsvorm in hoofdzaak waterdicht en drukbestendig uitgevoerd. De aandrijving levert in een voorkeursuitvoeringsvorm een indrijfkracht van ten minste 600 kN, met meer voorkeur van ten minste 700 kN, en met de meeste voorkeur van ten minste 800 kN.

Een geschikte aandrijving kan enkel axiale krachten overdragen en/of kan in een uitvoeringsvorm een rotatie-aandrijving omvatten die is ingericht om de hoorbuis rond een lengteas ervan te roteren, desgewenst in één richting of alternerend in twee rotatierichtingen. Om het in de onderwaterbodem penetreren van een onderzijde van de hoorbuis te vergemakkelijken kan de hoorbuis aan de onderzijde zijn voorzien van een snij lichaam.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de aandrijving van de inrichting een vibratie-aandrijving die is ingericht voor het opwekken van zich in een lengterichting van de hoorbuis met een frequentie voortplantende trillingsgolven. Op deze wijze wordt het in de onderwaterbodem drijven van de van een bodemmonsterhouder voorziene hoorbuis vergemakkelijkt. De vibratie-aandrijving wordt bij voorkeur in combinatie met de rotatie-aandrijving toegepast.

Een geschikte uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft een aandrijving in de vorm van een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpend hydraulisch trilblok, waarbij de frequentie is begrepen tussen 5 en 100 Hz. Een hydraulisch trilblok omvat excenters die door hydraulische motoren worden aangedreven en daarbij trillingen genereren waardoor de hoorbuis die verbonden is met de aandrijving in het bodemmateriaal wordt gedreven.

Een andere uitvoeringsvorm omvat een aandrijving in de vorm van een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpende sonische boorinrichting, waarbij de frequentie ten minste 100 Hz bedraagt, bij voorkeur is begrepen tussen 100 en 250 Hz. Een sonische boorinrichting brengt de hoorbuis in trilling met een relatief hoge frequentie. De opgewekte trillingen zorgen ervoor dat een relatief dunne bodemschil rond en in de hoorbuis wordt gefluïdiseerd, waardoor de wrijving tussen een binnen- en een buitenoppervlak van de hoorbuis, en het aanliggende bodemmateriaal wordt verlaagd. Hierdoor gaat het in de onderwaterbodem drijven en optrekken van de hoorbuis gemakkelijker. In deze en andere uitvoeringsvormen volgens de uitvinding wordt het mogelijk bodemmonsters te nemen met een relatief grote lengte, in het bijzonder lengtes van 2 tot 20 m, met meer voorkeur van 5 tot 15 m, en met de meeste voorkeur van 8 tot 12 m.

Een op zich bijvoorbeeld uit US 5,027,908 bekende sonische boorinrichting omvat ten minste twee excentrische gewichten die zijn gesynchroniseerd en worden aangedreven door hydraulische motoren. De beweging van de gewichten brengt de hoorbuis in trilling met een sonische frequentie. De sonische aandrijving omvat bij voorkeur eveneens een rotatie-aandrijving die is ingericht om de hoorbuis rond een lengteas ervan te roteren, desgewenst in één richting of alternerend in twee rotatierichtingen, waarbij een rotatie in één richting de voorkeur heeft..

De aandrijving en/of een eventueel met de aandrijving verbonden hoorbuis kan op elke wijze in een op de onderwaterbodem geplaatst steunffame worden aangebracht. Een geschikte uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat hijsmiddelen voor het ophangen van de aandrijving en/of de hoorbuis. De hijsmiddelen zoals bijvoorbeeld een optioneel op een vaartuig geplaatste hijskraan kunnen eveneens worden toegepast om het steunframe op een onderwaterbodem te plaatsen.

Volgens de uitvinding wordt de van een bodemmonsterhouder voorziene hoorbuis ondersteund door een steunffame dat is ingericht om op de onderwaterbodem te worden geplaatst en de hoorbuis te positioneren ten opzichte van de onderwaterbodem. In een geschikte uitvoeringsvorm omvat het steunffame een raamwerk van onderling verbonden frame-elementen, die een grondvlak vormen en een binnen de omtrek van het grondvlak gelegen geleidekoker voor de hoorbuis. Het van de hoorbuis voorziene steunframe wordt met het grondvlak op een onderwaterbodem geplaatst, waarbij de geleidekoker zich bij voorkeur vanaf de onderwaterbodem naar boven uitstrekt. De hoogte van de geleidekoker kan binnen brede grenzen worden gekozen, en is onder andere afhankelijk van de bodemeigenschappen. Om voldoende steun te kunnen vinden kan het grondvlak van het steunffame zijn voorzien van steunvoeten, die desgewenst in hoogte verstelbaar zijn.

Met de uitgevonden inrichting wordt het mogelijk ongeroerde bodemmonsters te nemen. Hiertoe zijn de afmetingen van de hoorbuis maar ook van de in de hoorbuis opneembare bodemmonsterhouder relatief groot. Het heeft dan ook voordelen de inrichting volgens een uitvoeringsvorm te kenmerken doordat de hoorbuis onderling verbonden schaaldelen omvat die zich in de lengterichting van de hoorbuis uitstrekken en die van elkaar kunnen worden verwijderd. In verwijderde toestand kan een bodemmonsterhouder met relatief grote afmetingen eenvoudig worden aangebracht in een schaaldeel waarna de bodemmonsterhouder kan worden opgesloten in de hoorbuis door het andere, of andere schaaldelen, te verbinden met genoemd schaaldeel.

In een verder verbeterde uitvoeringsvorm omvat de bodemmonsterhouder een langwerpige monsterhouderbuis, bijvoorbeeld uit een kunststof zoals PVC. De relatief lage dichtheid van een dergelijke buis en de geringe wrijving tussen de kunststof monsterhouderbuis en de hoorbuis, vergemakkelijken het optrekken van een met een bodemmonster gevulde monsterhouderbuis, zeker als deze een grote lengte heeft.

De lengte van een dergelijke monsterhouderbuis kan binnen brede grenzen worden gekozen maar is bij voorkeur iets korter dan de hoorbuis, bij voorkeur 20% korter, met meer voorkeur 10% korter en met de meeste voorkeur 5% korter ten opzichte van de boorbuislengte. Dit laat toe de hoorbuis aan een onderzijde ervan te voorzien van een eindstuk, zoals een snijlichaam, en/of van een opsluitorgaan voor in de inwendige holte opgenomen bodemmateriaal.

De inrichting volgens de uitvinding wordt in een uitvoeringsvorm gekenmerkt doordat een uitwendige dwarsafmeting van de bodemmonsterhouder ten minste 200 mm bedraagt, de bodemmonsterhouder een lengte heeft begrepen tussen 2 en 20 m, en de bodemmonsterhouder een wanddikte heeft begrepen tussen 5 en 25 mm.

Een verder verbeterde uitvoeringsvorm verschaft een inrichting waarbij een inwendige dwarsafmeting van de hoorbuis ten minste 370 mm bedraagt, de hoorbuis een lengte heeft begrepen tussen 2 en 20 m, en de hoorbuis een wanddikte heeft begrepen tussen 10 en 30 mm.

Volgens de uitvinding wordt eveneens een werkwijze voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem verschaft. De werkwijze omvat het verschaffen van een inrichting volgens de uitvinding; het voorbereiden van de hoorbuis door het plaatsen van de monsterhouderbuis, het snijlichaam en/of opsluitorgaan; het plaatsen van de hoorbuis in het steunframe waardoor een onderzijde van de hoorbuis kan worden gepositioneerd ten opzichte van de onderwaterbodem; het op een onderwaterbodem plaatsen van het steunframe met hoorbuis; het middels de aandrijving in de onderwaterbodem drijven van de onderzijde van de hoorbuis waardoor de inwendige holte van de bodemmonsterhouder zich via de inlaatopening vult met bodemmateriaal; het optrekken van de met bodemmateriaal gevulde bodemmonsterhouder; en het uit de bodemmonsterhouder verwijderen van het genomen bodemmonster, waarbij de voordelen vooral ook tot uiting komen door vervolgens uit het bodemmonster een bodemmonster met kleinere afmeting te nemen. Een dergelijk bodemmonster is doorgaans ongeroerd en laat toe de eigenschappen van de onderwaterbodem nauwkeuriger te bepalen.

Het op de onderwaterbodem plaatsen van het steunframe met hoorbuis kan op vele wijzen gebeuren met behulp van een hiervoor geschikte lanceerinrichting. Geschikte lanceerinrichtingen omvatten bijvoorbeeld een op een vaartuig of de onderwaterbodem geplaatste kraan, een aan het vaartuig bevestigd kantelbaar frame, en/of een in het vaartuig voorziene moonpool met portaalkraan.

In voorkeursuitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding worden in een lengterichting van de hoorbuis met een frequentie voortplantende trillingsgolven opgewekt waardoor de hoorbuis in de onderwaterbodem wordt gedreven, wordt de hoorbuis in de onderwaterbodem gedreven onder tussenkomst van een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpend hydraulisch trilblok, en met een frequentie begrepen tussen 5 en 100 Hz; of onder tussenkomst van een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpende sonische aandrijving, en met een frequentie van ten minste 100 Hz, bij voorkeur begrepen tussen 100 en 250 Hz.

De aandrijving met een daaraan desgewenst bevestigde hoorbuis, wordt in een praktische uitvoeringsvorm opgehangen aan hijsmiddelen en vervolgens tot in het steunframe neergelaten in de gewenste positie ten opzichte van de onderwaterbodem.

Vanwege de relatief grote afmetingen heeft het verder voordelen een uitvoeringsvorm van de werkwijze toe te passen waarin een bodemmonsterhouder in de hoorbuis wordt aangebracht door zich in de lengterichting van de hoorbuis uitstrekkende onderling verbonden schaaldelen van de hoorbuis van elkaar te verwijderen, de bodemmonsterhouder in een overblijvend schaaldeel aan te brengen en de bodemmonsterhouder op te sluiten in de hoorbuis door een verwijderd schaaldeel te verbinden met het overblijvende schaaldeel.

Het nemen van relatief grote bodemmonsters wordt verder vergemakkelijkt door een uitvoeringsvorm waarin een onderzijde van de hoorbuis wordt voorzien van een opsluitorgaan voor het in de inwendige holte opgenomen bodemmateriaal. Het opsluitorgaan wordt in een uitvoeringsvorm van een open in een gesloten toestand gebracht, en heeft in de gesloten toestand een conische vorm, waarbij de top van de conus in de richting van de inwendige holte wijst. Het opsluitorgaan vormt verder in de gesloten toestand bij voorkeur een in hoofdzaak gesloten oppervlak.

De hierboven beschreven inrichting en werkwijze volgens de uitvinding laten toe in een relatief kort tijdsbestek ongeroerde bodemmonsters te nemen in relatief zachte onderwaterbodems, zoals bijvoorbeeld een slappe klei- of kalkbodem, maar ook in juist relatief harde bodems, zoals bijvoorbeeld een kleizand- of rotsbodem.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

De inrichting en werkwijze volgens de uitvinding zullen nu verder worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, zonder dat de uitvinding daar overigens toe wordt beperkt. In de figuren toont: figuur 1 een schematisch perspectivisch aanzicht van een inrichting volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; figuur 2 een schematisch perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een hoorbuis volgens de uitvinding; figuur 3 een schematisch zij- en bovenaanzicht van een snij lichaam met opsluitorgaan volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; figuur 4 een schematisch perspectivisch aanzicht van een opsluitorgaan volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding in open en gesloten toestand; en tenslotte figuur 5 een schematische voorstelling van een aantal werkwijzestappen volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN UITVOERINGSVORMEN

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een inrichting 1 voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem 3 getoond. De inrichting 1 omvat een stalen, langwerpige holle hoorbuis 2 met een aan een onderzijde 2a van de hoorbuis voorziene inlaatopening 4a waarlangs bodemmateriaal kan worden ingebracht. De uitwendige diameter (dwarsafmeting) van de in figuur 1 getoonde hoorbuis bedraagt 559 mm, terwijl de lengte 6 m bedraagt, en de wanddikte 20 mm.

Verder omvat de getoonde inrichting 1 een steunframe 5 dat is ingericht om op de onderwaterbodem 3 te worden geplaatst en de hoorbuis 2 in een in hoofdzaak volgens een verticale richting 6 te positioneren ten opzichte van de onderwaterbodem 3. Het steunframe 5 omvat een raamwerk van onderling star verbonden frame-elementen (5a, 5b, 5c, 5d, 5h), waarvan frame-elementen 5a een vierkant grondvlak vormen van 5 m op 5 m. Binnen de omtrek van het door de elementen 5 a gevormde grondvlak bevindt zich een geleidekoker, gevormd door 4 basiselementen 5b die een vierkant basisvlak vormen, en 4 topelementen 5c, die een vierkant topvlak vormen. Het basisvlak en het topvlak worden op afstand gehouden door in verticale richting 6 verlopen frame-elementen 5d. De geleidekoker (5b, 5c, 5d) is door middel van schuine frame-elementen 5h star verbonden met het grondvlak, en ingericht om een onderste deel van de hoorbuis 2 te ontvangen en te ondersteunen. De hoogte van de geleidekoker (5b, 5c, 5d) is in de getoonde uitvoeringsvorm relatief beperkt doch kan zich desgewenst over een grotere hoogte uitstrekken.

Zoals getoond in figuur 2 is de hoorbuis 2 voorzien van een bodemmonsterhouder in de vorm van een eveneens langwerpige holle monsterhouderbuis 4 uit PVC. Een inwendige holte van de monsterhouderbuis 4 sluit aan op een aan de onderzijde 2a van de hoorbuis voorziene inlaatopening 4a. De hoorbuis 2 is in de getoonde uitvoeringsvorm opgebouwd uit twee onderling, door middel van in de lengterichting 20 van de hoorbuis 2 opgestelde scharnieren 23, verbonden schaaldelen (21, 22). De schaaldelen (21, 22) strekken zich in de lengterichting 20 van de hoorbuis 2 uit en kunnen van elkaar worden verwijderd door een schaaldeel 21 rond de scharnieren 23 weg van het andere schaaldeel 22 te roteren (figuur 2B). In deze opengeklapte toestand kan de monsterhouderbuis 4 eenvoudig worden aangebracht in het schaaldeel 22 (figuur 2C), waarna het schaaldeel 21 wordt teruggevoerd in de richting van schaaldeel 22 en hierop vastgezet (figuur 2D). In deze toestand is de monsterhouderbuis 4 opgesloten in de hoorbuis 2. De in figuur 2 getoonde bodemmonsterbuis 4 bezit een uitwendige diameter (dwarsafmeting) van 500 mm bedraagt, een lengte van ongeveer 10 m, en een wanddikte van 15 mm. Aan de bovenzijde 2b wordt de hoorbuis afgesloten met een afdichting 24, die is voorzien van een terugslagklep 25. Aan de onderzijde 2a van de hoorbuis is een snijlichaam 7 aangebracht, dat is voorzien van een opsluitorgaan 8 voor het in de inwendige holte van de bodemmonsterbuis 4 opgenomen bodemmateriaal.

Verwijzend naar figuur 3 omvat het snijlichaam 7 een cilindrische huls 70 met een op de hoorbuis 2 aansluitende dwarsafmeting. De huls 70 is aan de onderzijde voorzien van een snij rand 71, waardoor de hoorbuis 2 gemakkelijker in een onderwaterbodem kan indringen. De huls 70 is aan een bovenzijde ervan voorzien van in een omtreksrichting 73 gerangschikte bevestigingsmiddelen 74, waarmee de huls 4 aan de hoorbuis 2 kan worden vastgemaakt. Aan de binnenzijde is de huls 70 voorzien van een opsluitorgaan 8, waarvan een uitvoeringsvorm wordt getoond in figuur 4. Het opsluitorgaan 8 omvat een basisring 80 waarmee het wordt bevestigd aan een inwendig omtreksoppervlak van de huls 70 van het snijlichaam 7. De basisring 80 omsluit een opening 81 die aansluit op de inlaatopening 2a va de hoorbuis 2. Verder omvat het opsluitorgaan 8 twee scharnierend (middels schamierverbindingen 83) met de basisring 80 verbonden schaaldelen 82, die, zoals getoond in figuur 4B, in een gesloten toestand met vrije randdelen 82a tegen elkaar passen zodat een in hoofdzaak gesloten oppervlak wordt verkregen. In een open toestand (figuur 4A) zijn de schaaldelen 82 van elkaar weggedraaid waardoor een opening ontstaat tussen de vrije randdelen 82a die toegang geeft tot de inlaatopening 2a van de hoorbuis 2. Bij het in de onderwaterbodem 3 drijven van de hoorbuis 2 worden de schaaldelen 82 vanzelf uit elkaar gedrukt waardoor bodemmateriaal via de opening 81 in de bodemmonsterbuis 4 van de hoorbuis 2 kan doordringen. Na vulling van de bodemmonsterbuis 4 wordt het opsluitorgaan 8 in de gesloten toestand van figuur 4B gebracht door onder andere het gewicht van het genomen bodemmonster, en kan de hoorbuis 2 worden opgetrokken.

Om de hoorbuis 2 met de onderzijde 2a in de onderwaterbodem 3 te drijven is de inrichting 1 verder voorzien van een aandrijving die in staat is om een indrijfkracht van ten minste 500 kN te leveren. De in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm omvat de aandrijving een vibratie-aandrijving 9 waarmee zich in de lengterichting 20 van de hoorbuis 2 met een frequentie begrepen tussen 5 en 100 Hz voortplantende trillingsgolven worden opgewekt. De aandrijving omvat een op de bovenzijde 2b van de hoorbuis 2 aangrijpend hydraulisch trilblok dat van olie wordt voorzien door een (niet getoonde) hydraulische eenheid met een maximaal vermogen van 890 kW, een maximale druk van 350 bar, en een maximaal debiet van 12001/min. De hydraulische olie wordt onder druk toegevoerd via met het trilblok 9 verbonden hydraulische leidingen 90. Het trilblok 9 omvat een behuizing 91 voor de benodigde elektronica, en een behuizing 92 voor hydraulisch aangedreven pistons. De bovenzijde 2b van de hoorbuis 2 wordt door middel van aan een dwarsbalk 93 bevestigde klemcilinders 94 stevig vastgenomen waardoor het trilblok 9 op de hoorbuis 2 wordt bevestigd. Het trilblok 9 is ingericht om een excentrisch moment van 50-100 kgm, en trillingen met een frequentie van 1500 - 2200 vpm op te wekken. De op te brengen centrifugale krach is typisch gelegen tussen 1500-3500 kN, en in het bijzonder tussen 2000-3000 kN.

Het trilblok 9 met daaraan bevestigd een hoorbuis 2 kan in zijn geheel, bijvoorbeeld vanaf een vaartuig, aan een hijskabel 30, worden gehesen met daartoe geëigende (niet getoonde) hijsmiddelen zoals een hijskraan.

Onder verwijzing naar figuur 5 wordt een mogelijke uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding getoond.. Vooreerst wordt het samenstel van het trilblok 9 en een daaraan bevestigde hoorbuis 2 (voorzien van de bodemmonsterbuis 4 en snij lichaam 8) aan een hijskabel 31 bevestigd (figuur 5A), opgenomen door de (niet-getoonde) hijskraan, en neergelaten met het steunframe 5, waarbij de onderzijde 5a van de hoorbuis 5 zich binnen de geleidekoker ((5b, 5c, 5d) van het steunframe 5 bevindt (figuur 5B). Vervolgens wordt het steunframe 5 met het grondvlak op een onderwaterbodem 3 neergelaten en geplaatst. Vervolgens worden aan het trilblok 9 bevestigde tweede hijskabels 30 onder een zekere spanning verbonden met de hoekpunten van het steunframe 5, en het geheel neergelaten tot op de onderwaterbodem 3 (figuur 5C). Hierdoor wordt de hoorbuis 2 in een in hoofdzaak verticale positie gepositioneerd ten opzichte van de onderwaterbodem 3. Vervolgens wordt de onderzijde 2a van de hoorbuis 2 middels het trilblok 9 in de onderwaterbodem 3 gedreven waardoor de inwendige holte van de bodemmonsterbuis 4 zich via de inlaatopening (2a, 81) vult met bodemmateriaal. Bij het naar beneden bewegen van de hoorbuis 2 met trilblok 9 ontspannen de hijskabels 30, zoals getoond in figuur 5D. Eens de bodemmonsterbuis 4 voldoende is gevuld met bodemmateriaal wordt het samenstel van trilblok 9 en hoorbuis 2 weer opgetrokken en de bodemmonsterbuis 4 uit de hoorbuis 5 verwijderd, waarna het genomen bodemmonster uit de bodemmonsterbuis 4 kan worden verwijderd. Ter analyse van het bodemmateriaal wordt bij voorkeur een ongeroerd bodemmonster met kleinere afmeting uit het genomen bodemmonster weerhouden.

De vakman zal begrijpen dat de uitvinding niet is beperkt tot de hierboven geïllustreerde uitvoeringsvoorbeelden van de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding, maar dat aanpassingen en variaties kunnen worden uitgevoerd binnen het kader van door de aangehechte conclusies bepaalde beschermingsomvang. Zo zal het duidelijk zijn dat de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding ook kunnen worden toegepast voor andere doeleinden dan het bepalen van bodemeigenschappen, zoals bijvoorbeeld in de mijnindustrie voor het bepalen van de aanwezigheid van gewenste materialen in de onderwaterbodem.

Claims

CONCLUSIES

1. Inrichting voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem, omvattende - een langwerpige holle hoorbuis en een in de hoorbuis opgenomen bodemmonsterhouder met een inwendige holte die aansluit op een aan een onderzijde van de hoorbuis voorziene inlaatopening; - een steunframe dat is ingericht om op de onderwaterbodem te worden geplaatst en de hoorbuis te positioneren ten opzichte van de onderwaterbodem; en - een aandrijving voor het in de onderwaterbodem drijven van de onderzijde van de hoorbuis waardoor de inwendige holte van de bodemmonsterhouder zich via de inlaatopening vult met bodemmateriaai; waarbij een dwarsafineting van de inwendige holte van de bodemmonsterhouder ten minste 200 mm bedraagt, en de aandrijving is ingericht om een indrijfkracht van ten minste 500 kN te leveren.
2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de aandrijving een vibratie-aandrijving omvat die is ingericht voor het opwekken van zich in een lengterichting van de hoorbuis met een frequentie voortplantende trillingsgolven.
3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de aandrijving een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpend hydraulisch trilblok omvat, waarbij de frequentie is begrepen tussen 5 en 100 Hz.
4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de aandrijving een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpende sonische boorinrichting omvat, waarbij de frequentie ten minste 100 Hz bedraagt, bij voorkeur is begrepen tussen 100 en 250 Hz.
5. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende hijsmiddelen voor het ophangen van de aandrijving en/of de hoorbuis.
6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het steunframe een raamwerk van onderling verbonden frame-elementen omvat, die een grondvlak vormen en een binnen de omtrek van het grondvlak gelegen geleidekoker voor de hoorbuis.
7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de hoorbuis onderling verbonden schaaldelen omvat die zich in de lengterichting van de hoorbuis uitstrekken en die van elkaar kunnen worden verwijderd.
8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de bodemmonsterhouder een langwerpige monsterhouderbuis omvat met een kleinere lengte dan de lengte van de hoorbuis.
9. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een uitwendige dwarsafmeting van de bodemmonsterhouder ten minste 365 mm bedraagt, een lengte is begrepen tussen 2 en 20 m, en een wanddikte is begrepen tussen 5 en 25 mm.
10. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een inwendige dwarsafmeting van de hoorbuis ten minste 370 mm bedraagt, een lengte is begrepen tussen 2 en 20 m, en een wanddikte is begrepen tussen 10 en 30 mm.
11. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een onderzijde van de hoorbuis is voorzien van een opsluitorgaan voor het in de inwendige holte opgenomen bodemmateriaal.
12. Werkwijze voor het nemen van een bodemmonster uit een onderwaterbodem, omvattende: - het verschaffen van een inrichting volgens één der voorgaande conclusies; - het in het steunffame opnemen van de hoorbuis; - het neerlaten van het steunffame met hoorbuis in de richting van de onderwaterbodem; - het op een onderwaterbodem plaatsen van het steunffame waardoor een onderzijde van de hoorbuis wordt gepositioneerd ten opzichte van de onderwaterbodem; - het middels de aandrijving in de onderwaterbodem drijven van de onderzijde van de hoorbuis waardoor de inwendige holte van de bodemmonsterhouder zich via de inlaatopening vult met bodemmateriaal; - het optrekken van de met bodemmateriaal gevulde bodemmonsterhouder; en - het uit de bodemmonsterhouder verwijderen van het genomen bodemmonster.
13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarbij uit het bodemmonster een subbodemmonster met kleinere afineting wordt genomen.
14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, waarbij zich in een lengterichting van de hoorbuis met een frequentie voortplantende trillingsgolven worden opgewekt tijdens het in de onderwaterbodem drijven van de hoorbuis.
15. Werkwijze volgens één der conclusies 12-14, waarbij de hoorbuis in de onderwaterbodem wordt gedreven onder tussenkomst van een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpend hydraulisch trilblok, en met een frequentie begrepen tussen 5 en 100 Hz.
16. Werkwijze volgens één der conclusies 12-15, waarbij de hoorbuis in de onderwaterbodem wordt gedreven onder tussenkomst van een op een bovenzijde van de hoorbuis aangrijpende sonische boorinrichting, en met een frequentie van ten minste 100 Hz, bij voorkeur begrepen tussen 100 en 250 Hz.
17. Werkwijze volgens één der conclusies 12-16, waarbij de aandrijving wordt opgehangen aan hijsmiddelen.
18. Werkwijze volgens conclusie 17, waarbij de hoorbuis is verbonden met de aandrijving.
19. Werkwijze volgens één der conclusies 12-18, waarbij een bodemmonsterhouder in de hoorbuis wordt aangebracht door zich in de lengterichting van de hoorbuis uitstrekkende onderling verbonden schaaldelen van de hoorbuis van elkaar te verwijderen, de bodemmonsterhouder in een overblijvend schaaldeel aan te brengen en een verwijderd schaaldeel te verbinden met het overblijvende schaaldeel.
20. Werkwijze volgens één der conclusies 12-19, waarbij een onderzijde van de hoorbuis wordt voorzien van een opsluitorgaan voor het in de inwendige holte opgenomen bodemmateriaal.