BE1023706B1

BE1023706B1 - Dilatometer, dilatometer system and control method for performing a dilatometer test

Info

Publication number: BE1023706B1
Application number: BE2015/5815A
Authority: BE
Inventors: Hao Shen; Wim Maurice Gerard HAEGEMAN; Herman Hugo Jan Peiffer
Original assignee: Geosound.be BVBA
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-21
Also published as: BE1023706A1

Abstract

Dilatometer omvattende een blad met een eerste bladoppervlak en een tweede bladoppervlak die samenkomen bij een bladuiteinde. De dilatometer omvat een onbuigzame zuiger die verplaatsbaar is aangebracht in een eerste uitsparing in het blad, drukmiddelen voor het uitoefenen van een druk in de eerste uitsparing om de zuiger te doen uitsteken uit het eerste bladoppervlak via een zuigeropening en een verplaatsingssensor die is aangebracht in de eerste uitsparing en die is geconfigureerd voor het meten van een verplaatsing van de uitstekende zuiger. De dilatometer omvat een poriënwaterinlaateenheid die zich op de zuiger bevindt en die geconfigureerd is voor het inlaten van poriënwater, een waterruimte die verbonden is met de poriënwaterinlaateenheid via een afvoergeleider, en een poriënwaterdruksensor die zich bevindt in de waterruimte en die geconfigureerd is voor het meten van een poriënwaterdruk.Dilatometer comprising a blade having a first blade surface and a second blade surface converging at a blade tip. The dilatometer includes a rigid piston movably disposed in a first recess in the blade, pushing means for applying pressure in the first recess to cause the piston to protrude from the first blade surface through a piston opening, and a displacement sensor disposed in the first recess. first recess and configured to measure a displacement of the protruding piston. The dilatometer includes a pore water inlet unit located on the piston and configured for the inlet of pore water, a water space connected to the pore water inlet unit via a discharge guide, and a pore water pressure sensor located in the water space and configured to measure a pore water pressure.

Description

Dilatometer, dilatomersysteem en aansturingswerkwijze voor het uitvoeren van een dilatometerproefDilatometer, dilatometer system and control method for performing a dilatometer test

Vakgebied van de uitvindingField of the Invention

Het vakgebied van de uitvinding heeft betrekking tot dilatometers, dilatometersystemen en aansturingswerkwijzen daarvan. Bepaalde uitvoeringsvormen hebben betrekking tot het vakgebied van dilatometers met een verplaatsbare onbuigzame zuiger.The field of the invention relates to dilatometers, dilatometer systems and control methods thereof. Certain embodiments relate to the field of dilatometers with a movable rigid piston.

AchtergrondBackground

De vlakke dilatometer van Marchetti (DMT) is een bekende vaak gebruikte in-situ testinrichting voor het meten van bodemeigenschappen en bodemspanningstoestand. De DMT maakt gebruik van een vlak blad dat in de bodem wordt gestoken en dat een stalen membraan heeft dat horizontaal kan worden geëxpandeerd in de bodem onder invloed van gas onder druk. Op die manier worden twee overdrukmetingen bekomen bij vaste verplaatsingen van het membraancentrum: één drukmeting wanneer het membraan start met expanderen, en één drukmeting wanneer het centrum van het membraan een verplaatsing van 1.1 mm heeft bereikt. In de praktijk wordt bodemanalyse dan uitgevoerd gebruikmakende van twee metingen, één bij een verplaatsing van 0.05 mm en één bij een verplaatsing van 1.1 mm, waarbij een lineair druk-verplaatsingsgedrag van de bodem wordt verondersteld.The Marchetti flat dilatometer (DMT) is a well-known often-used in-situ tester for measuring soil properties and soil stress conditions. The DMT uses a flat blade that is inserted into the soil and has a steel membrane that can be expanded horizontally in the soil under the influence of pressurized gas. In this way, two overpressure measurements are obtained with fixed displacements of the membrane center: one pressure measurement when the membrane starts expanding, and one pressure measurement when the center of the membrane has reached a displacement of 1.1 mm. In practice, soil analysis is then carried out using two measurements, one at a displacement of 0.05 mm and one at a displacement of 1.1 mm, assuming a linear pressure-displacement behavior of the bottom.

In “A Flat Dilatometer to Operate in Glacial Tills”, door Akbar Aziz et al, wordt een dilatometer beschreven met een onbuigzame zuiger, een verplaatsingsomzetter en een drukomzetter. Hierdoor kan een druk-verplaatsingsgrafiek worden gecreëerd."A Flat Dilatometer to Operate in Glacial Tills," by Akbar Aziz et al., Describes a dilatometer with a rigid piston, a displacement transducer and a pressure transducer. This allows a pressure-displacement graph to be created.

In “Experimental Analysis of Flat Rigid Piston Dilatometer”, door A. H. Khan, worden experimentele resultaten getoond die zijn behaald met behulp van een dilatometer met een onbuigzame zuiger.In "Experimental Analysis of Flat Rigid Piston Dilatometer," by A. H. Khan, experimental results are shown that have been achieved using a dilatometer with a rigid piston.

SamenvattingSummary

Het doel van uitvoeringsvormen van de uitvinding is om een verbeterde dilatometer te verschaffen die robuuster is en nauwkeurigere analyse van bodemeigenschappen en bodemspanningstoestanden toelaat. Het is een verder doel van uitvoeringsvormen om een dilatometersysteem en aansturingswerkwijzen te verschaffen voor het uitvoeren van een dilatometerproef met een dilatometer die een verplaatsbare onbuigzame zuiger heeft.The purpose of embodiments of the invention is to provide an improved dilatometer that is more robust and allows more accurate analysis of soil properties and soil stress states. It is a further object of embodiments to provide a dilatometer system and control methods for performing a dilatometer test with a dilatometer that has a movable rigid piston.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt een dilatometer verschaft die een blad omvat dat een eerste bladoppervlak en een tweede oppervlak heeft, die samenkomen bij een bladuiteinde. De dilatometer omvat een onbuigzame zuiger die verplaatsbaar is aangebracht in een eerste uitsparing in het blad, drukmiddelen voor het uitoefenen van een druk in de eerste uitsparing om de zuiger te doen uitsteken uit het eerste bladoppervlak via een zuigeropening en een verplaatsingssensor die is aangebracht in de eerst uitsparing, welke verplaatsingssensor is geconfigureerd voor het meten van een verplaatsing van de uitstekende zuiger. De dilatometer omvat een poriënwaterinlaateenheid die zich op de zuiger bevindt en die geconfigureerd is voor het inlaten van poriënwater, een waterruimte die verbonden is met de poriënwaterinlaateenheid via een afvoergeleider, en een poriënwaterdruksensor die zich bevindt in de waterruimte en die geconfigureerd is voor het meten van een poriënwaterdruk.According to a first aspect of the invention, a dilatometer is provided that includes a blade that has a first blade surface and a second surface that meet at a blade end. The dilatometer comprises a rigid piston movably mounted in a first recess in the blade, pressure means for exerting a pressure in the first recess to cause the piston to protrude from the first blade surface through a piston opening and a displacement sensor disposed in the first recess, which displacement sensor is configured to measure a displacement of the protruding piston. The dilatometer includes a pore water inlet unit located on the piston and configured for pore water inlet, a water space connected to the pore water inlet unit via a drain conduit, and a pore water pressure sensor located in the water space and configured to measure a pore water pressure.

Uitvoeringsvormen zijn onder andere gebaseerd op het inventieve inzicht dat door het gebruiken van een onbuigzame zuiger in plaats van een flexibel membraan, de dilatometer robuuster is en meer nauwkeurige bodemanalyse kan uitgevoerd worden. Bovendien kan de onbuigzame zuiger verder uit het eerste bladoppervlak uitsteken in vergelijking met dilatometers uit de stand der techniek, wat bijdraagt aan een meer nauwkeurige bodemanalyse. In dilatometers uit de stand der techniek zijn de randen van het membraan bevestigd aan het blad, wat moeilijkheden veroorzaakt om verder de maximumverplaatsing van het membraan te doen toenemen als gevolg van de stijfheid van het membraan en van grenseffecten. Zelfs als een grote verplaatsing zou worden toegelaten door het flexibele stalen membraan zou het vervormingsmodel van de bodems nabij het membraan niet langer gemakkelijk geïnterpreteerd kunnen worden in bodemmechanica omwille van de eigenaardige vorm van het membraan bij grotere verplaatsingen. Door het verschaffen, in een eerste uitsparing van het blad, van een onbuigzame zuiger die geen vastgemaakte randen heeft en die uit het blad kan uitsteken, zijn de grote verplaatsing en overeenstemmend vervormingsmodel van de bodems niet onderworpen aan grenseffecten. Bovendien is een onbuigzame zuiger minder gevoelig voor afschuif- en scheurkrachten in vergelijking met een stalen membraan, dat typisch een normale dikte van 0.2 mm heeft, en zorgt daardoor voor een meer robuuste dilatometer. De verplaatsing van de uitstekende zuiger kan nauwkeurig en rechtstreeks worden gemeten door een verplaatsingssensor die gemonteerd is in de eerste uitsparing van het blad. De toegepaste en gemeten druk stemt overeen met een totale druk van een bodem die typisch een effectief bodemdrukgedeelte omvat dat representatief is voor de bodemeigenschappen, en een poriënwaterdrukgedeelte dat gebruikt wordt om het niveau van het grondwater te meten en om de overtollige poriënwaterdruk in te schatten van het sonde-inbrengeffect op de omringende bodems. Om bodemeigenschappen en bodemspanningstoestanden nauwkeurig te kunnen analyseren is een poriënwaterinlaateenheid voorzien in de zuiger die verbonden is met een waterruimte via een afvoergeleider, en is een waterdruksensor geplaatst in de waterruimte om een poriënwaterdruk te meten. Deze poriënwaterdruk kan worden gebruikt als een correctiefactor bij het bepalen van de effectieve bodemdruk.Embodiments are among other things based on the inventive insight that by using a rigid piston instead of a flexible membrane, the dilatometer is more robust and more accurate soil analysis can be performed. Moreover, the rigid piston can protrude further from the first blade surface as compared to prior art dilatometers, which contributes to a more accurate soil analysis. In prior art dilatometers, the edges of the membrane are attached to the blade, causing difficulties to further increase the maximum displacement of the membrane due to the stiffness of the membrane and boundary effects. Even if a large displacement were allowed by the flexible steel membrane, the deformation model of the bottoms near the membrane could no longer be easily interpreted in soil mechanics because of the peculiar shape of the membrane with larger displacements. By providing, in a first recess of the blade, a rigid piston that has no fixed edges and that can protrude from the blade, the large displacement and corresponding deformation model of the bottoms are not subject to border effects. In addition, a rigid piston is less sensitive to shear and tear forces compared to a steel membrane, which typically has a normal thickness of 0.2 mm, and therefore provides a more robust dilatometer. The displacement of the protruding piston can be accurately and directly measured by a displacement sensor mounted in the first recess of the blade. The applied and measured pressure corresponds to a total pressure of a soil that typically comprises an effective soil pressure portion representative of the soil properties, and a pore water pressure portion that is used to measure the level of groundwater and to estimate the excess pore water pressure of the probe insertion effect on the surrounding soils. In order to be able to analyze soil properties and soil stress conditions accurately, a pore water inlet unit is provided in the piston which is connected to a water space via a drain conductor, and a water pressure sensor is placed in the water space to measure a pore water pressure. This pore water pressure can be used as a correction factor in determining the effective soil pressure.

Uitvoeringsvormen van de verschafte dilatometer laten een nauwkeurigere analyse van bodemeigenschappen in combinatie met bodemspanningstoestanden toe in vergelijking met een analyse die kan worden bekomen door de standaard DMT uit de stand der techniek, alsook een nauwkeurige analyse van andere bodemeigenschappen gerelateerd aan stijfheid en verschillende additionele bodemspanningsniveaus.Embodiments of the provided dilatometer allow for a more accurate analysis of soil properties in combination with soil stress conditions as compared to an analysis that can be obtained by the standard DMT from the prior art, as well as an accurate analysis of other soil properties related to stiffness and various additional soil stress levels.

Verdere uitvoeringsvormen van de verschafte dilatometer kunnen voorzien in een rechtstreekse schatting van bodemspanningstoestanden wanneer de kennis van bodemeigenschappen beschikbaar is, aangezien de dilatometermetingen niet enkel afhangen van bodemeigenschappen maar ook van de bodemspanningstoestand.Further embodiments of the dilatometer provided may provide for a direct estimation of soil stress states when knowledge of soil properties is available, since the dilatometer measurements depend not only on soil properties but also on the soil stress state.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de onbuigzame zuiger, de verplaatsingssensor en poriënwaterinlaateenheid omvat in de eerste uitsparing van het blad en de waterruimte en waterdruksensor zijn omvat in een tweede uitsparing van het blad. Door het verschaffen van een waterruimte en waterdruksensor in een afzonderlijke uitsparing in het blad wordt een vaste en stabiele omgeving gecreëerd om waterdrukmetingen uit te voeren. Op deze manier kan de nauwkeurigheid worden verbeterd in vergelijking met wanneer de waterruimte en/of de waterdruksensor dicht bij of in de bewegende zuiger worden verschaft. Bovendien kan de tweede uitsparing worden verschaft om de waterruimte en waterdruksensor te accommoderen om om te gaan met ruimtelijke beperkingen in de zuiger en/of in de eerste uitsparing omwille van de compacte afmetingen en in het bijzonder de beperkte dikte van het blad. Bij voorkeur heeft het blad een tweede uitsparing en is de eerste uitsparing tussen de tweede uitsparing en het bladuiteinde gepositioneerd.In a preferred embodiment, the rigid piston, displacement sensor and pore water inlet unit are included in the first recess of the blade and the water space and water pressure sensor are included in a second recess of the blade. By providing a water space and water pressure sensor in a separate recess in the blade, a fixed and stable environment is created to perform water pressure measurements. In this way the accuracy can be improved compared to when the water space and / or the water pressure sensor are provided close to or in the moving piston. Moreover, the second recess can be provided to accommodate the water space and water pressure sensor to cope with spatial constraints in the piston and / or in the first recess due to the compact dimensions and in particular the limited thickness of the blade. The blade preferably has a second recess and the first recess is positioned between the second recess and the blade end.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is de eerste uitsparing toegankelijk via een eerste opening in het tweede bladoppervlak en is de tweede uitsparing toegankelijk via een tweede opening in het tweede bladoppervlak. Dit laat een gemakkelijke toegang tot de uitsparingen toe voor het uitvoeren van assemblage of onderhoud. Op deze manier kunnen de eerste uitsparing, de zuigeropening in het eerste bladoppervlak en de eerste opening in het tweede bladoppervlak een doorlopend gat vormen.In a preferred embodiment, the first recess is accessible via a first opening in the second leaf surface and the second recess is accessible via a second opening in the second leaf surface. This allows easy access to the recesses for performing assembly or maintenance. In this way, the first recess, the piston opening in the first leaf surface and the first opening in the second leaf surface can form a continuous hole.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de dilatometer een eerste verwijderbaar deksel en een tweede verwijderbaar deksel, waarbij het eerste verwijderbare deksel de eerste opening in het tweede bladoppervlak sluit en het tweede verwijderbare deksel de tweede opening in het tweede bladoppervlak sluit. Op deze manier zijn de elementen in de eerste uitsparing en de tweede uitsparing beschermd van invloeden van buitenaf door een waterdichte sluiting. Bij voorkeur sluiten het eerste verwijderbare deksel en het tweede verwijderbare deksel respectievelijk de eerste opening en tweede opening in het tweede bladoppervlak op zodanige wijze dat ze passend in het tweede bladoppervlak gepositioneerd zijn.According to a preferred embodiment, the dilatometer comprises a first removable cover and a second removable cover, wherein the first removable cover closes the first opening in the second sheet surface and the second removable cover closes the second opening in the second sheet surface. In this way the elements in the first recess and the second recess are protected from external influences by a watertight closure. Preferably, the first removable cover and the second removable cover close the first opening and second opening in the second leaf surface, respectively, in such a way that they are suitably positioned in the second leaf surface.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm heeft de eerste opening een cirkelvorm. Zulke opening is ideaal geschikt voor het monteren van de zuiger in de eerste uitsparing.According to a further embodiment, the first opening has a circular shape. Such an opening is ideally suited for mounting the piston in the first recess.

Volgens een uitvoeringsvorm omvat het blad een derde uitsparing die geconfigureerd is voor het accommoderen van schakelingen en/of aansluitingen voor draden. De derde uitsparing is toegankelijk via een derde opening in het tweede bladoppervlak en de derde uitsparing is sluitbaar door middel van een derde verwijderbaar deksel. Bij voorkeur bevindt de derde uitsparing zich bij het uiteinde van het blad dat zich tegenover het bladuiteinde bevindt. Bij dit uiteinde is een verbindingselement voorzien dat toelaat dat elektrische draden het blad ingaan/uitgaan zonder pneumatische lekkage. De derde uitsparing kan dan worden gebruikt voor het verschaffen van ruimte tijdens assemblage en onderhoud.According to an embodiment, the blade comprises a third recess configured to accommodate circuits and / or connections for wires. The third recess is accessible via a third opening in the second leaf surface and the third recess is closable by means of a third removable cover. Preferably the third recess is located at the end of the blade that is opposite the blade end. At this end a connecting element is provided which allows electrical wires to enter / exit the blade without pneumatic leakage. The third recess can then be used to provide space during assembly and maintenance.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de dilatometer een O-ring die geconfigureerd is om een ruimte tussen de zuiger en de zuigeropening te sluiten. De O-ring zorgt voor een waterdichte sluiting van de eerste uitsparing.According to a preferred embodiment, the dilatometer comprises an O-ring configured to close a space between the piston and the piston opening. The O-ring ensures a watertight closure of the first recess.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de dilatometer een golfveer die geconfigureerd is om de zuiger vast te houden zodat de zuiger niet uit het eerste bladoppervlak uitsteekt wanneer er geen druk wordt uitgeoefend in de eerste uitsparing. Bij voorkeur houdt de golfveer de zuiger zodanig vast dat het bovenoppervlak van de zuiger gelijk wordt gehouden met het eerste bladoppervlak.According to a preferred embodiment, the dilatometer comprises a wave spring configured to hold the piston so that the piston does not protrude from the first blade surface when no pressure is exerted in the first recess. Preferably, the wave spring holds the piston such that the upper surface of the piston is kept level with the first leaf surface.

Volgens een uitvoeringsvorm heeft het blad een dikte die kleiner is dan 20 mm en/of een breedte, gezien in een richting evenwijdig met het bladuiteinde, die kleiner is dan 120 mm. Bij voorkeur is het blad 15 mm dik en 95 mm breed. Deze afmetingen stemmen overeen met die van de Marchetti-dilatometer uit de stand der techniek, wat toelaat dat, omwille van onderzoeksredenen, vergelijkingen kunnen worden gemaakt tussen de dilatometer volgens de uitvinding en de Marchetti-dilatometer. De vakman begrijpt dat afmetingen van het blad kunnen afwijken van de afmetingen van het blad van de Marchetti-dilatometer zonder daarbij de principes van de uitvinding overboord te gooien.According to an embodiment, the blade has a thickness that is smaller than 20 mm and / or a width, viewed in a direction parallel to the blade end, that is smaller than 120 mm. The blade is preferably 15 mm thick and 95 mm wide. These dimensions correspond to those of the Marchetti prior art dilatometer, which allows for comparisons to be made between the dilatometer according to the invention and the Marchetti dilatometer for research reasons. The person skilled in the art understands that dimensions of the blade may deviate from the dimensions of the sheet of the Marchetti dilatometer without thereby discarding the principles of the invention.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm heeft de zuiger een diameter tussen 30 mm en 50 mm. De zuiger is bijvoorbeeld 40 mm in diameter. In dilatometers uit de stand der techniek wordt typisch een membraan met een diameter van 60 mm gebruikt als een belastingselement van de dilatometer. Bij de grenzen daarvan is een membraan bevestigd aan het bladoppervlak. Wanneer het membraan expandeert, treden grenseffecten op en expandeert enkel het centrale gedeelte van het membraan volledig. Door het verschaffen van een onbuigzame zuiger als een belastingselement, kan de diameter van de zuiger gereduceerd worden aangezien het volledige zuigeroppervlak uit het bladoppervlak wordt verplaatst. Door het reduceren van de grootte van de zuiger wordt meer ruimte vrijgemaakt in het blad om andere elementen te accommoderen zoals meetuitrustingen en dergelijke. De vakman begrijpt dat de zuigerdiameter zelfs verder kan gereduceerd worden zolang de zuiger zijn doel als belastingselement maar kan volbrengen. In alternatieve uitvoeringsvormen van de uitvinding kan de diameter van de zuiger groter zijn dan 50 mm.According to a preferred embodiment, the piston has a diameter between 30 mm and 50 mm. The piston is, for example, 40 mm in diameter. In prior art dilatometers, a diaphragm with a diameter of 60 mm is typically used as a load element of the dilatometer. At its limits, a membrane is attached to the leaf surface. As the membrane expands, border effects occur and only the central portion of the membrane expands completely. By providing a rigid piston as a load element, the diameter of the piston can be reduced since the entire piston surface is displaced from the blade surface. By reducing the size of the piston, more space is created in the blade to accommodate other elements such as measuring equipment and the like. Those skilled in the art understand that the piston diameter can be reduced even further as long as the piston can fulfill its purpose as a load element. In alternative embodiments of the invention, the diameter of the piston may be greater than 50 mm.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de verplaatsingssensor een contactloze verplaatsingssensor. Hierdoor kunnen nauwkeurige verplaatsingsmetingen van de zuiger in real time worden uitgevoerd.According to a preferred embodiment, the displacement sensor is a non-contact displacement sensor. This allows accurate displacement measurements of the piston to be performed in real time.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de zuiger verplaatsbaar gemonteerd in de eerste uitsparing zodanig dat die uit het eerste bladoppervlak kan worden verplaatst over een afstand die ligt tussen 2.5 mm en 3.5 mm.According to a preferred embodiment, the piston is movably mounted in the first recess such that it can be moved from the first blade surface over a distance that is between 2.5 mm and 3.5 mm.

Volgens een tweede aspect van de uitvinding wordt een dilatometersysteem verschaft omvattende een dilatometer volgens één van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen en een aansturingseenheid voor het op basis van verplaatsingsdata van de verplaatsingssensor aansturen van de drukmiddelen om een druk uit te oefenen in de eerste uitsparing zodat de zuiger uit het eerste bladoppervlak uitsteekt totdat een vooraf bepaalde verplaatsing van de zuiger is bereikt. Verschillende bodems hebben verschillende eigenschappen en verschillende spanningstoestanden, afhankelijk van de bodem zijn dus verschillende drukken nodig opdat de zuiger een bepaalde afstand bereikt. Dilatometersystemen uit de stand der techniek oefenen een druk uit en meten de overeenstemmende verplaatsing van de zuiger of het membraan. Die aanpak kan leiden tot een onnauwkeurige correlatie tussen uitgeoefende druk en verplaatsing aangezien dat, in afhankelijkheid van de bodem, de zuiger of het membraan sneller kunnen expanderen of verplaatsen voor bepaalde uitgeoefende drukken of ter plaatse blijven voor een andere uitgeoefende druk. Met andere woorden, het gedrag van de zuiger is onvoorspelbaar en hangt af van de bodem waar het blad wordt ingestoken, wat leidt tot onvoorspelbare spanningsgraden van bodems aangezien de zuigerverplaatsing bodembeweging tegenwerkt tijdens het testen.According to a second aspect of the invention, a dilatometer system is provided comprising a dilatometer according to one of the embodiments described above and a control unit for controlling the pressure means on the basis of displacement data of the displacement sensor to exert a pressure in the first recess so that the piston protrudes from the first blade surface until a predetermined displacement of the piston is achieved. Different bottoms have different properties and different stress states, so different pressures are required depending on the bottoms so that the piston reaches a certain distance. State-of-the-art dilator systems exert a pressure and measure the corresponding displacement of the piston or diaphragm. That approach can lead to an inaccurate correlation between applied pressure and displacement since, depending on the bottom, the piston or membrane can expand or move faster for certain applied pressures or stay in place for another applied pressure. In other words, the piston behavior is unpredictable and depends on the bottom where the blade is inserted, leading to unpredictable stress levels of soils as the piston displacement counteracts soil movement during testing.

Bodemgedrag kan gevoelig zijn aan de spanningsgraad, dit wordt ‘spanningsgraadeffect’ genoemd in bodemmechanica. Dan zal de afhankelijkheid van de onvoorspelbare spanningsgraad van bodems de onnauwkeurige correlatie tussen uitgeoefende druk en verplaatsing veroorzaken. Dit probleem kan opgelost worden door het verschaffen van een dilatometersysteem met een aansturingseenheid die is geconfigureerd om de drukmiddelen aan te sturen om een druk uit te oefenen op basis van verplaatsingsdata van de verplaatsingssensor totdat een vooraf bepaalde verplaatsing van de zuiger is bereikt. Door het verschaffen van real time feedback over de verplaatsing van de zuiger en het aanpassen van de uitgeoefende druk op basis van die feedback kan het gedrag van de zuiger en de bodemspanningsgraad nauwkeurig worden aangestuurd en is die niet langer onvoorspelbaar door onbekende bodemeigenschappen en bodemspanningstoestanden. Op deze manier kan een nauwkeurige correlatie tussen uitgeoefende druk en zuigerverplaatsing worden bekomen. Bovendien kunnen door het variëren van de vooraf bepaalde zuigerverplaatsing belastings- en ontlastingsgrafieken worden geconstrueerd. De vakman begrijpt dat voor verplaatsingen tussen de nulverplaatsing en de vooraf bepaalde verplaatsing overeenstemmende uitgeoefende drukken kunnen worden opgenomen en worden uitgezet. Daarnaast wordt opgemerkt dat de procedure op basis van bodemspanningscontrole typisch ook wordt gebruikt in geotechnische laboproeven. Zo wordt bijvoorbeeld ofwel bij de constante snelheid vervormingscel- (CRS-) proef of bij de conventionele triaxiale proef de spanningsaangestuurde procedure bereikt door het hebben van een goed aangestuurd zuigerverplaatsingsgedrag.Soil behavior can be sensitive to the stress level, this is called "stress degree effect" in soil mechanics. Then the dependence on the unpredictable stress level of soils will cause the inaccurate correlation between applied pressure and displacement. This problem can be solved by providing a dilatometer system with a control unit that is configured to control the pressure means to exert pressure based on displacement data from the displacement sensor until a predetermined displacement of the piston is achieved. By providing real-time feedback on the displacement of the piston and adjusting the pressure applied on the basis of that feedback, the behavior of the piston and the soil stress level can be accurately controlled and this is no longer unpredictable due to unknown soil characteristics and soil stress conditions. In this way an accurate correlation between applied pressure and piston displacement can be obtained. In addition, by varying the predetermined piston displacement, load and relief charts can be constructed. The person skilled in the art understands that for applied movements between the zero displacement and the predetermined displacement correspondingly applied applied pressures can be recorded and expanded. In addition, it is noted that the procedure based on soil stress monitoring is typically also used in geotechnical lab tests. For example, either with the constant speed deformation cell (CRS) test or with the conventional triaxial test, the voltage controlled procedure is achieved by having a well-controlled piston displacement behavior.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de vooraf bepaalde verplaatsing van de zuiger gelegen tussen 2.5 mm en 3.5 mm. Dilatometersystemen uit de stand der techniek gebruiken typisch membraan- of zuigerverplaatsingen tot 1.1 mm en veronderstellen een lineair druk/verplaatsing-verband. Echter, bodems vertonen typisch een niet-lineair gedrag dat niet kan worden waargenomen door zulke kleine zuigerverplaatsingen te gebruiken. Door een vooraf bepaalde zuigerverplaatsing tussen 2.5 mm en 3.5 mm en druk/verplaatsingsmetingen uit te voeren op opeenvolgende momenten in tijd totdat de vooraf bepaalde zuigerverplaatsing is bereikt, kan niet-lineair bodemgedrag in rekening gebracht worden. Bij voorkeur wordt een maximale zuigerverplaatsing van 3 mm gebruikt. De vakman begrijpt dat voor verplaatsingen tussen de nulverplaatsing en de vooraf bepaalde verplaatsing overeenstemmende uitgeoefende drukken kunnen worden opgenomen en uitgezet.According to a preferred embodiment, the predetermined displacement of the piston is between 2.5 mm and 3.5 mm. Prior art dilator systems typically use membrane or piston displacements up to 1.1 mm and assume a linear pressure / displacement relationship. However, bottoms typically exhibit a non-linear behavior that cannot be observed by using such small piston displacements. By performing a predetermined piston displacement between 2.5 mm and 3.5 mm and pressure / displacement measurements at successive moments in time until the predetermined piston displacement is achieved, non-linear soil behavior can be taken into account. A maximum piston displacement of 3 mm is preferably used. The person skilled in the art understands that for applied movements between the zero displacement and the predetermined displacement correspondingly applied applied pressures can be recorded and expanded.

Volgens een derde aspect van de uitvinding wordt een dilatometersysteem voor het uitvoeren van een dilatometerproef verschaft, omvattende een dilatometer met een verplaatsbare onbuigzame zuiger en een verplaatsingssensor voor het meten van zuigerverplaatsing. Het dilatometersysteem omvat verder een aansturingseenheid die geconfigureerd is voor het aansturen van drukmiddelen om een druk uit te oefenen op de zuiger op basis van een input en om de uitgeoefende druk aan te passen op basis van ten minste de gemeten zuigerverplaatsing. Het verschafte dilatometersysteem laat een gecontroleerde verplaatsing van de zuiger en dus nauwkeurige drukmetingen toe. Door het in staat zijn om de zuiger op een gecontroleerde manier uit een blad te laten uitsteken, kunnen verschillende metingen gedaan worden op opeenvolgende momenten in tijd voor overeenstemmende zuigerverplaatsingen. Belastings- en ontlastingsgrafieken kunnen worden gemaakt op een automatische manier zoals later zal worden beschreven. In plaats van te vertrouwen op de aanname van lineair bodemgedrag, kan door het meten van de druk op meer dan twee verplaatsingen de interpretatie van niet-lineair bodemgedrag worden verbeterd. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de input een vooraf bepaalde verplaatsing die bereikt dient te worden door de zuiger. Dit laat een nauwkeurige en rechtstreekse verplaatsingsgecontroleerde dilatometerproef toe.According to a third aspect of the invention, a dilatometer system for performing a dilatometer test is provided, comprising a dilatometer with a displaceable rigid piston and a displacement sensor for measuring piston displacement. The dilatometer system further comprises a control unit configured to control pressure means to apply pressure to the piston based on an input and to adjust the applied pressure based on at least the measured piston displacement. The dilatometer system provided allows a controlled displacement of the piston and thus accurate pressure measurements. By being able to cause the piston to protrude from a blade in a controlled manner, various measurements can be made at consecutive moments in time for corresponding piston movements. Load and relief charts can be created in an automatic manner as will be described later. Instead of relying on the assumption of linear soil behavior, measuring the pressure on more than two displacements can improve the interpretation of non-linear soil behavior. According to a preferred embodiment, the input is a predetermined displacement to be achieved by the piston. This allows for an accurate and direct displacement-controlled dilatometer test.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het dilatometersysteem een zuigerdruksensor voor het meten van de uitgeoefende druk, en is de aansturingseenheid geconfigureerd om de uitgeoefende druk aan te passen op basis van de gemeten uitgeoefende druk en de gemeten zuigerverplaatsing. Hoewel het bekend is welke druk er initieel wordt uitgeoefend door de drukmiddelen, kan het voordelig zijn om een additionele druksensor te verschaffen om rechtstreeks de uitgeoefende druk bij de zuiger te meten. Door deze gemeten uitgeoefende druk terug te koppelen naar de aansturingssensor bovenop het terugkoppelen van de eigenlijk gemeten verplaatsing van de zuiger, wordt een dubbelvoudig aansturingssysteem verschaft dat een nauwkeurige verplaatsings-gecontroleerde dilatometerproef toelaat.According to a preferred embodiment, the dilatometer system comprises a piston pressure sensor for measuring the applied pressure, and the control unit is configured to adjust the applied pressure based on the measured applied pressure and the measured piston displacement. Although it is known which pressure is initially applied by the pressure means, it may be advantageous to provide an additional pressure sensor to directly measure the pressure applied at the piston. By feeding back this measured pressure applied to the control sensor on top of the feedback of the actually measured displacement of the piston, a double control system is provided that allows for an accurate displacement-controlled dilatometer test.

De vakman zal begrijpen dat de hierboven beschreven technische overwegingen en voordelen van de systeemuitvoeringsvormen ook van toepassing zijn op de hieronder beschreven werkwijze-uitvoeringsvormen en omgekeerd.Those skilled in the art will understand that the technical considerations and advantages of the system embodiments described above also apply to the method embodiments described below and vice versa.

Volgens een vierde aspect van de uitvinding is een aansturingswerkwijze verschaft voor het uitvoeren van een dilatometerproef met een dilatometer omvattende een verplaatsbare onbuigzame zuiger. De aansturingswerkwijze omvat het uitoefenen van een druk op de zuiger op basis van een input, het meten van zuigerverplaatsing en het aanpassen van de uitgeoefende druk op basis van ten minste de gemeten zuigerverplaatsing.According to a fourth aspect of the invention, a driving method is provided for performing a dilatometer test with a dilatometer comprising a movable rigid piston. The control method comprises applying a pressure to the piston based on an input, measuring piston displacement and adjusting the applied pressure based on at least the measured piston displacement.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de input een vooraf bepaalde verplaatsing die dient bereikt te worden door de zuiger.According to a preferred embodiment, the input is a predetermined displacement to be achieved by the piston.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de aansturingswerkwijze het meten van de uitgeoefende druk en het aanpassen van de uitgeoefende druk op basis van de gemeten uitgeoefende druk en de gemeten zuigerverplaatsing.According to a preferred embodiment, the control method comprises measuring the applied pressure and adjusting the applied pressure based on the measured applied pressure and the measured piston displacement.

Volgens een verder aspect van de uitvinding is een computerprogrammaproduct verschaft omvattende computeruitvoerbare instructies voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één der conclusies 17 tot 19 wanneer het programma wordt uitgevoerd op een computer.According to a further aspect of the invention, a computer program product is provided comprising computer executable instructions for performing the method of any one of claims 17 to 19 when the program is executed on a computer.

Volgens een verder aspect van de uitvinding is een computerprogramma verschaft omvattende computeruitvoerbare instructies om de werkwijze volgens één van de stappen van één van de hierboven vermelde uitvoeringsvormen uit te voeren wanneer het programma wordt uitgevoerd op een computer.According to a further aspect of the invention, a computer program is provided comprising computer executable instructions to perform the method according to one of the steps of one of the above-mentioned embodiments when the program is executed on a computer.

Volgens een verder aspect van de uitvinding is een aansturingswerkwijze verschaft voor het uitvoeren van een dissipatieproef met een dilatometer omvattende een blad met een verplaatsbare onbuigzame zuiger en poriënwaterdrukmeetmiddelen, waarbij de aansturingswerkwijze het uitvoeren van rechtstreekse poriënwaterdrukmetingen over een tijd omvat op een vooraf bepaalde testdiepte na het in de bodem steken van het blad.According to a further aspect of the invention, a control method is provided for conducting a dissipation test with a dilatometer comprising a blade with a movable rigid piston and pore water pressure measuring means, wherein the control method comprises performing direct pore water pressure measurements over a time at a predetermined test depth after the stick in the bottom of the leaf.

Volgens een verder aspect van de uitvinding wordt een computertoestel of ander hardwaretoestel verschaft dat geprogrammeerd is om één of meer van de stappen uit één van de uitvoeringsvormen van de bovengenoemde werkwijze uit te voeren. Volgens een verder aspect wordt een data-opslagtoestel voorzien dat een programma in machine-leesbare en machine-uitvoerbare vorm bevat om één of meer van de stappen van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen van de werkwijzen uit te voeren.According to a further aspect of the invention, a computer device or other hardware device is provided that is programmed to perform one or more of the steps of one of the embodiments of the above method. In a further aspect, a data storage device is provided that contains a program in machine-readable and machine-executable form to perform one or more of the steps of the above-described embodiments of the methods.

Beknopte figuurbeschrijvingBrief description of the figures

De bijgevoegde figuren worden gebruikt ter illustratie van huidige niet-beperkende voorkeursuitvoeringsvormen van toestellen van de huidige uitvinding. De hierboven beschreven en andere voordelen van kenmerken en doelen van de uitvinding zullen duidelijk worden en de uitvinding zal beter begrepen worden aan de hand van de gedetailleerde beschrijving, wanneer ze gelezen wordt samen met de bijgevoegde figuren waarin:The accompanying figures are used to illustrate current non-limiting preferred embodiments of devices of the present invention. The above described and other advantages of features and objects of the invention will become apparent and the invention will be better understood with reference to the detailed description when read together with the accompanying figures in which:

Figuur 1 een schematische tekening is van een bovenaanzicht onder een hoek van een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometer volgens de uitvinding;Figure 1 is a schematic drawing of a top view at an angle of an exemplary embodiment of a dilatometer according to the invention;

Figuur 2 een schematische tekening is van een dwarsdoorsnede van een eerste uitsparing in het blad, genomen langs de A-A lijn zoals getoond in figuur 1;Figure 2 is a schematic drawing of a cross-section of a first recess in the blade, taken along the A-A line as shown in Figure 1;

Figuur 3 een schematische tekening is van een onderaanzicht onder een hoek van een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometer volgens de uitvinding;Figure 3 is a schematic drawing of a bottom view at an angle of an exemplary embodiment of a dilatometer according to the invention;

Figuur 4 een schematische tekening is van een dwarsdoorsnede van een eerste uitsparing in het blad volgens een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometer volgens de uitvinding, genomen langs de A-A richting zoals getoond in figuur 3;Figure 4 is a schematic drawing of a cross section of a first recess in the blade according to an exemplary embodiment of a dilatometer according to the invention, taken along the A-A direction as shown in Figure 3;

Figuur 5 een schematische tekening is van een dwarsdoorsnede van een tweede uitsparing in het blad volgens een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometer volgens de uitvinding, genomen langs de B-B richting zoals getoond in figuur 1;Figure 5 is a schematic drawing of a cross-section of a second recess in the blade according to an exemplary embodiment of a dilatometer according to the invention, taken along the B-B direction as shown in Figure 1;

Figuur 6 een schematische tekening is van een bodemaanzicht onder een hoek van een voorbeelduitvoeringsvorm van een blad van een dilatometer volgens de uitvinding;Figure 6 is a schematic drawing of a bottom view at an angle of an exemplary embodiment of a blade of a dilatometer according to the invention;

Figuur 7 een schematische tekening is van een onderaanzicht onder een hoek van een andere voorbeelduitvoeringsvorm van een blad van een dilatometer volgens de uitvinding;Figure 7 is a schematic drawing of a bottom view at an angle of another exemplary embodiment of a blade of a dilatometer according to the invention;

Figuur 8 een schematische tekening is van een bovenaanzicht onder een hoek van een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding;Figure 8 is a schematic drawing of a top view at an angle of an exemplary embodiment of a dilatometer system according to the invention;

Figuur 9 een schematische tekening is van een dwarsdoorsnede van een eerste uitsparing in het blad volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van een dilatometer volgens de uitvinding, genomen langs de A-A richting zoals getoond in figuur 3;Figure 9 is a schematic drawing of a cross section of a first recess in the blade according to a preferred embodiment of a dilatometer according to the invention, taken along the A-A direction as shown in Figure 3;

Figuur 10 schematisch een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding toont voor het uitvoeren van een dilatometerproef met een dilatometer omvattende een verplaatsbare onbuigzame zuiger;Figure 10 schematically shows an exemplary embodiment of a dilatometer system according to the invention for performing a dilatometer test with a dilatometer comprising a movable rigid piston;

Figuur 11 schematisch een andere voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding toont voor het uitvoeren van een dilatometerproef met een dilatometer omvattende een verplaatsbare onbuigzame zuiger;Figure 11 shows schematically another exemplary embodiment of a dilatometer system according to the invention for performing a dilatometer test with a dilatometer comprising a movable rigid piston;

Figuur 12 een grafiek is die een eerste soort kalibratie toont die kan worden uitgevoerd voorafgaande aan het uitvoeren van een dilatometerproef met een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding;Figure 12 is a graph showing a first type of calibration that can be performed prior to performing a dilatometer test with an exemplary embodiment of a dilatometer system according to the invention;

Figuur 13 een grafiek is die een tweede soort kalibratie toont die kan worden uitgevoerd voorafgaande aan het uitvoeren van een dilatometerproef met een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding;Figure 13 is a graph showing a second type of calibration that can be performed prior to performing a dilatometer test with an exemplary embodiment of a dilatometer system according to the invention;

Figuur 14 een grafiek is die een verplaatsings-drukgrafiek toont volgens een dilatometerproef die is uitgeoefend volgens een voorbeelduitvoeringsvorm van een aansturingswerkwijze volgens de uitvinding, die gecorrigeerd is voor de springveerweerstand en O-ring wrijving;Fig. 14 is a graph showing a displacement pressure graph according to a dilatometer test performed in accordance with an exemplary embodiment of a driving method according to the invention, corrected for the spring resistance and O-ring friction;

Figuur 15 een grafiek is die een dilatometerproefresultaat toont zoals dat is bereikt in een bodem met grove korrel;Figure 15 is a graph showing a dilatometer test result as achieved in a coarse-grain bottom;

Figuur 16 een grafiek is die een dilatometerproefresultaat toont zoals dat is bereikt in een bodem met fijne korrel; enFigure 16 is a graph showing a dilatometer test result as achieved in a fine grain bottom; and

Figuur 17 een grafiek is die een dissipatieproef toont waarbij gebruik wordt gemaakt van een dilatometer volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.Fig. 17 is a graph showing a dissipation test using a dilatometer according to an embodiment of the invention.

FiguurbeschrijvingFigure description

Figuur 1 toont een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometer 100 omvattende een blad 110 met een eerste bladoppervlak 111 en een tweede bladoppervlak 112 die samenkomen bij een bladuiteinde 113. In dit voorbeeld en volgens de oriëntatie van het blad getoond in figuur 1, stemt het eerste bladoppervlak 111 overeen met het bovenoppervlak van het blad, en stemt het tweede bladoppervlak 112 overeen met het onderoppervlak van het blad. De vakman begrijpt dat omwille van symmetrieoverwegingen in de verdere loop van deze aanvrage het eerste bladoppervlak 111 en het tweede bladoppervlak 112 onderling uitwisselbaar zijn. In de context van een dilatometer kan het blad 110 worden geïnterpreteerd als zijnde eender welke sonde die gemakkelijk in een bodem kan worden gestoken en die op robuuste en stevige wijze alle noodzakelijke componenten kan huisvesten om de metingen uit te voeren. De dilatometer 100 omvat een onbuigzame zuiger 121 die verplaatsbaar gemonteerd is in een eerste uitsparing 120 in het blad 110 zodanig dat de zuiger 121 naar buiten en terug naar binnen kan worden bewogen ten opzichte van het eerste bladoppervlak 111. De dilatometer 100 omvat verder drukmiddelen 130 voor het uitoefenen van een druk in de eerste uitsparing 120 om de zuiger 121 te doen uitsteken uit het eerste bladoppervlak 111 via een zuigeropening 122. Druk kan pneumatisch of hydraulisch worden uitgeoefend. In een voorkeursuitvoeringsvorm oefenen de drukmiddelen 130 een druk uit door gebruik te maken van gas onder druk. Elektrische bedradingen en/of pneumatische bekabeling kan het blad 110 binnekomen of buitengaan via een verbinding 131 die is verbonden met een tunnel 132 die de bedrading en bekabeling van de verbinding 131 naar de eerste uitsparing 120 en/of van de eerste uitsparing 120 naar de verbinding 131 kan leiden. Een doorsnede van de eerste uitsparing 120 van het blad 110, genomen langs de A-A lijn, is getoond in figuur 2.Figure 1 shows an exemplary embodiment of a dilatometer 100 comprising a blade 110 with a first blade surface 111 and a second blade surface 112 that meet at a blade end 113. In this example and according to the orientation of the blade shown in Figure 1, the first blade surface 111 agrees corresponds to the top surface of the sheet, and the second sheet surface 112 corresponds to the bottom surface of the sheet. The person skilled in the art understands that for the sake of symmetry considerations in the further course of this application the first leaf surface 111 and the second leaf surface 112 are interchangeable. In the context of a dilatometer, the blade 110 can be interpreted as being any probe that can be easily inserted into a bottom and which can robustly and securely accommodate all necessary components to perform the measurements. The dilatometer 100 includes a rigid piston 121 that is movably mounted in a first recess 120 in the blade 110 such that the piston 121 can be moved out and back inwards relative to the first blade surface 111. The dilatometer 100 further comprises pressure means 130 for applying a pressure in the first recess 120 to cause the piston 121 to protrude from the first blade surface 111 through a piston opening 122. Pressure can be applied pneumatically or hydraulically. In a preferred embodiment, the pressure means 130 exerts a pressure by using pressurized gas. Electrical wiring and / or pneumatic cabling can enter or leave the blade 110 through a connection 131 connected to a tunnel 132 that connects the wiring and cabling from the connection 131 to the first recess 120 and / or from the first recess 120 to the connection 131 can lead. A sectional view of the first recess 120 of the blade 110, taken along the A-A line, is shown in Figure 2.

In figuur 2 wordt getoond dat de dilatometer 100 verder een verplaatsingssensor 150 omvat die bevestigd is in de eerste uitsparing 120, welke verplaatsingssensor 150 geconfigureerd is voor het rechtstreeks meten van een verplaatsing van de uitstekende zuiger 121. De dilatometer 100 omvat een poriënwaterinlaateenheid 140 die zich op de zuiger 121 bevindt en die geconfigureerd is voor het inlaten van poriënwater, een waterruimte 142 die is verbonden met de poriënwaterinlaateenheid 140 via een afvoergeleider 141, en een poriënwaterdruksensor 143 die zich in de waterruimte 142 bevindt en die geconfigureerd is voor het meten van een poriënwaterdruk. De waterruimte 143 is typisch geconfigureerd voor het opslaan van ontlucht water. De poriënwaterinlaateenheid 140 kan een poreuze filter omvatten die toelaat om in-situ poriënwater in te laten en bodemdeeltjes buiten te houden, waardoor de poriënwaterdruk kan worden gemeten bij het midden van de zuiger. De poriënwaterdruksensor 143 is bij voorkeur aangebracht op een vaste locatie. In een voorkeursuitvoeringsvorm is de poriënwaterinlaateenheid 140 geplaatst bij het centrum van het bovenoppervlak van de zuiger 121. De poriënwaterinlaateenheid kan zich echter ook eender waar op het buitenoppervlak van de zuiger 121 bevinden. De poriënwaterinlaateenheid kan zich zelfs eender waar op het eerste bladoppervlak 111 of tweede bladoppervlak 121 bevinden, echter omwille van een verschil in posities tussen de uitstekende zuiger 121 en het eerste of tweede bladoppervlak kan dit leiden tot onnauwkeurige poriënwaterdrukmetingen. Elektrische kabels 143a en 150a verbinden respectievelijk de poriënwaterdruksensor 143 en verplaatsingssensor 150 met een data-acquisitiesysteem dat zich buiten het blad 110 bevindt. Elektrische kabels 143a en 150a kunnen buiten het blad geleid worden door tunnel 132 en verbinding 131. Verder kan pneumatische kabel 130a van de drukmiddelen 130 naar de eerste uitsparing 120 worden geleid via de verbinding 131 en tunnel 132. Tunnel 132 en verbinding 131 worden niet getoond in figuur 2.In Figure 2 it is shown that the dilatometer 100 further comprises a displacement sensor 150 mounted in the first recess 120, which displacement sensor 150 is configured to directly measure a displacement of the projecting piston 121. The dilatometer 100 comprises a pore water inlet unit 140 located located on the piston 121 and configured for pore water inlet, a water space 142 connected to the pore water inlet unit 140 via a drain conductor 141, and a pore water pressure sensor 143 located in the water space 142 and configured to measure a pore water pore water pressure. The water space 143 is typically configured to store vented water. The pore water inlet unit 140 may include a porous filter that allows in-situ pore water and keeps soil particles out, whereby the pore water pressure can be measured at the center of the piston. The pore water pressure sensor 143 is preferably mounted at a fixed location. In a preferred embodiment, the pore water inlet unit 140 is located at the center of the upper surface of the piston 121. However, the pore water inlet unit can also be located anywhere on the outer surface of the piston 121. The pore water inlet unit can even be located anywhere on the first leaf surface 111 or second leaf surface 121, but due to a difference in positions between the projecting piston 121 and the first or second leaf surface, this can lead to inaccurate pore water pressure measurements. Electrical cables 143a and 150a connect the pore water pressure sensor 143 and displacement sensor 150, respectively, to a data acquisition system located outside the blade 110. Electrical cables 143a and 150a can be guided outside the blade through tunnel 132 and connection 131. Furthermore, pneumatic cable 130a can be guided from the pressure means 130 to the first recess 120 via the connection 131 and tunnel 132. Tunnel 132 and connection 131 are not shown in figure 2.

In een voorbeelduitvoeringsvorm van de uitvinding worden meerdere tunnels gebruikt om de elektrische draden en/of pneumatische of hydraulische kabels afzonderlijk van de connector 131 naar de eerste uitsparing 120 te geleiden en vice versa.In an exemplary embodiment of the invention, multiple tunnels are used to conduct the electrical wires and / or pneumatic or hydraulic cables separately from the connector 131 to the first recess 120 and vice versa.

Figuren 3, 4 en 5 tonen verschillende aanzichten van voorbeelduitvoeringsvormen van een dilatometer 100 volgens de uitvinding.Figures 3, 4 and 5 show different views of exemplary embodiments of a dilatometer 100 according to the invention.

Figuur 3 is een schuin onderaanzicht van het blad 310, waarbij wordt getoond dat het blad 310 een tweede uitsparing 360 kan hebben en dat de eerste uitsparing 320 volgens deze voorbeelduitvoeringsvorm zich tussen de tweede uitsparing 360 en het bladuiteinde 313 bevindt. In de uitvoeringsvorm van figuur 3 wordt een tunnel 323 voor het geleiden van pneumatische kabels van de drukmiddelen 330 naar de eerste uitsparing 320 om de tweede uitsparing 360 geleid, aangezien geen druk moet worden uitgeoefend in de tweede uitsparing 360. Elektrische kabels 343a en 350a van respectievelijk de waterdruksensor 343 en verplaatsingssensor 350 kunnen naar een data-acquisitiesysteem geleid worden dat zich buiten het blad bevindt, via een afzonderlijke tunnel die niet wordt getoond in de tekeningen of ze kunnen naar de tunnel 323 geleid worden via afzonderlijke tunnels die, omwille van duidelijkheidsredenen, ook niet getoond worden in de tekeningen. Figuur 3 toont verder dat de eerste uitsparing 320 toegankelijk kan zijn via een eerste opening 328 in het tweede bladoppervlak 312 en dat de tweede uitsparing 360 toegankelijk kan zijn via een tweede opening 368 in het tweede bladoppervlak 312. Dit zorgt voor een gemakkelijke toegang tot de uitsparingen 320, 360 voor assemblage of onderhoudsredenen. Op deze manier kunnen de eerste uitsparing 320, de zuigeropening 322 in het eerste bladoppervlak 311 en de eerste opening 328 in het tweede bladoppervlak 312 een doorlopend gat vormen. Het is duidelijk voor de vakman dat volgens de principes van de uitvinding de tweede uitsparing 360 ook toegankelijk kan zijn via een opening in het eerste bladoppervlak 311 of via een opening in het tweede bladoppervlak 312 en een opening in het eerste bladoppervlak 311.Figure 3 is an oblique bottom view of the blade 310, showing that the blade 310 may have a second recess 360 and that the first recess 320 according to this exemplary embodiment is located between the second recess 360 and the blade end 313. In the embodiment of Figure 3, a tunnel 323 for guiding pneumatic cables from the pressure means 330 to the first recess 320 is guided around the second recess 360, since no pressure is to be exerted in the second recess 360. Electric cables 343a and 350a of the water pressure sensor 343 and displacement sensor 350, respectively, can be routed to a data acquisition system outside the blade, through a separate tunnel that is not shown in the drawings, or they can be routed to the tunnel 323 through separate tunnels which, for reasons of clarity, , also not shown in the drawings. Figure 3 further shows that the first recess 320 can be accessed through a first opening 328 in the second leaf surface 312 and that the second recess 360 can be accessed through a second opening 368 in the second leaf surface 312. This provides easy access to the recesses 320, 360 for assembly or maintenance reasons. In this way, the first recess 320, the piston opening 322 in the first blade surface 311 and the first opening 328 in the second blade surface 312 can form a continuous hole. It is clear to a person skilled in the art that according to the principles of the invention the second recess 360 can also be accessible via an opening in the first leaf surface 311 or via an opening in the second leaf surface 312 and an opening in the first leaf surface 311.

Figuur 4 toont de doorsnede van de eerste uitsparing 320, genomen langs de A-A lijn van figuur 4, terwijl figuur 5 de doorsnede van de tweede uitsparing 360, genomen langs de B-B lijn van figuur 4 toont. De onbuigzame zuiger 321, de verplaatsingssensor 350 en poriënwaterinlaateenheid 340 zijn omvat in de eerste uitsparing 320 van het blad 310 en de waterruimte 342 en waterdruksensor 343 zijn omvat in de tweede uitsparing 360 van het blad 310. De afvoergeleider 341 verbindt de poriënwaterinlaateenheid 340 in de eerste uitsparing 320 met de waterruimte 342 in de tweede uitsparing. Door het verschaffen van een waterruimte 342 en waterdruksensor 343 in een afzonderlijke uitsparing in het blad 310 kan een vaste en stabiele omgeving worden gecreëerd om waterdrukmetingen uit te voeren. Op deze manier kan de nauwkeurigheid worden verbeterd in vergelijking met het verschaffen van de waterruimte en/of de waterdruksensor dicht bij de bewegende zuiger 321 waar de waterdruksensor 343 onderhevig kan zijn aan ruis of schommelingen die worden veroorzaakt door de verplaatsing van de zuiger 321. Bovendien kan de tweede uitsparing 360 worden verschaft om de waterruimte 342 en de waterdruksensor 343 te accommoderen om om te gaan met ruimtelijke beperkingen in de zuiger 321 en/of de eerste uitsparing 320. Zowel kabel 350a die vertrekt vanaf de verplaatsingssensor 350 en de afvoergeleider 341 kunnen hun weg vinden naar tunnel 332. De afvoergeleider 341 is verbonden met de waterruimte 342 en de kabel 350a vindt zijn weg uit het blad langs verbindingselementen 331, 731. De afvoergeleider 341 kan bijvoorbeeld door middel van een vrij gat doorheen de wand van de waterruimte 342 in verbinding zijn met de binnenzijde van de waterruimte 342.Figure 4 shows the cross-section of the first recess 320, taken along the A-A line of Figure 4, while Figure 5 shows the cross-section of the second recess 360, taken along the B-B line of Figure 4. The rigid piston 321, the displacement sensor 350 and pore water inlet unit 340 are included in the first recess 320 of the blade 310 and the water space 342 and water pressure sensor 343 are included in the second recess 360 of the blade 310. The drain conductor 341 connects the pore water inlet unit 340 in the first recess 320 with the water space 342 in the second recess. By providing a water space 342 and water pressure sensor 343 in a separate recess in the blade 310, a fixed and stable environment can be created to perform water pressure measurements. In this way, the accuracy can be improved in comparison with providing the water space and / or the water pressure sensor close to the moving piston 321 where the water pressure sensor 343 can be subject to noise or fluctuations caused by the displacement of the piston 321. In addition, For example, the second recess 360 can be provided to accommodate the water space 342 and the water pressure sensor 343 to cope with spatial constraints in the piston 321 and / or the first recess 320. Both cable 350a departing from the displacement sensor 350 and the drain conductor 341 can find their way to tunnel 332. The drain conductor 341 is connected to the water space 342 and the cable 350a finds its way out of the blade past connecting elements 331, 731. The drain conductor 341 can for example be provided through a free hole through the wall of the water space 342 be in communication with the inside of the water space 342.

Figuur 6 toont een voorbeelduitvoeringsvorm van een blad 310 van een dilatometer volgens de uitvinding, waarbij de dilatometer een eerste verwijderbaar deksel 329 en een tweede verwijderbaar deksel 369 omvat, waarbij het eerste verwijderbare deksel 329 de eerste opening 328 in het tweede bladoppervlak 312 sluit en het tweede verwijderbare deksel 369 de tweede opening 368 in het tweede bladoppervlak 312 sluit. Op deze manier zijn de elementen in de eerste uitsparing 320 en tweede uitsparing 360 beschermd van invloeden van buitenaf door een waterdichte sluiting. Bij voorkeur sluiten het eerste verwijderbare deksel 329 en het tweede verwijderbare deksel 369 respectievelijk de eerste opening 328 en tweede opening 368 zodanig dat ze gelijk met het tweede bladoppervlak 312 gepositioneerd zijn. In figuur 6 zijn de verwijderbare deksels 329, 369 vastgemaakt aan het blad 310 met bouten 330.Figure 6 shows an exemplary embodiment of a blade 310 of a dilatometer according to the invention, wherein the dilatometer comprises a first removable cover 329 and a second removable cover 369, the first removable cover 329 closing the first opening 328 in the second leaf surface 312 and the second removable cover 369 closes the second opening 368 in the second sheet surface 312. In this way the elements in the first recess 320 and second recess 360 are protected from external influences by a watertight closure. Preferably, the first removable cover 329 and the second removable cover 369 close the first opening 328 and second opening 368 respectively so that they are positioned flush with the second sheet surface 312. In Figure 6, the removable covers 329, 369 are attached to the blade 310 with bolts 330.

Figuur 7 toont een voorbeelduitvoeringsvorm van een blad van een dilatometer volgens de uitvinding, waarbij het blad een derde uitsparing 790 heeft dat is geconfigureerd om schakelingen en/of aansluitingen voor draden te accommoderen. De derde uitsparing 790 kan toegankelijk zijn via een derde opening 798 in het tweede bladoppervlak 712 en de derde opening 798 is sluitbaar door middel van een derde verwijderbaar deksel 799. Bij voorkeur bevindt de derde uitsparing 790 zich bij het uiteinde van het blad dat zich tegenover het bladuiteinde 713 bevindt. Bij dit uiteinde is een verbindingselement 731 verschaft waarlangs elektrische draden het blad kunnen binnentreden/buitentreden zonder enige pneumatische lekkage. De derde uitsparing 798 kan ook gebruikt worden om ruimte te verschaffen tijdens assemblage en onderhoud. In een uitvoeringsvorm kunnen de tunnel 323, die niet getoond wordt in figuur 7, de eerste uitsparing 720 en de derde uitsparing 790 gevuld worden met luchtdruk zonder een pneumatische kabel in de tunnel 323. Dit is een eenvoudige en toepasselijke manier om druk uit te oefenen. In een andere uitvoeringsvorm kan druk rechtstreeks in de eerste uitsparing 720 worden uitgeoefend door gebruik te maken van een pneumatische kabel 130a.Figure 7 shows an exemplary embodiment of a blade of a dilatometer according to the invention, the blade having a third recess 790 configured to accommodate circuitry and / or connections for wires. The third recess 790 can be accessed via a third opening 798 in the second leaf surface 712 and the third opening 798 can be closed by means of a third removable cover 799. Preferably, the third recess 790 is located at the end of the leaf opposite the blade end 713. A connecting element 731 is provided at this end along which electrical wires can enter / exit the blade without any pneumatic leakage. The third recess 798 can also be used to provide space during assembly and maintenance. In one embodiment, the tunnel 323, which is not shown in Figure 7, the first recess 720 and the third recess 790 can be filled with air pressure without a pneumatic cable in the tunnel 323. This is a simple and appropriate way to exert pressure . In another embodiment, pressure can be applied directly into the first recess 720 by using a pneumatic cable 130a.

Figuur 8 toont een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding, omvattende een dilatometer (niet getoond) volgens één van de beschreven uitvoeringsvormen en een aansturingseenheid 870 voor het aansturen, op basis van verplaatsingsdata 871 van de verplaatsingssensor (niet getoond) van de drukmiddelen 830 om druk uit te oefenen in de eerste uitsparing 820 zodanig dat de zuiger 821 uit het eerste bladoppervlak 811 uitsteekt totdat een vooraf bepaalde verplaatsing van de zuiger is bereikt. Uitwaartse verplaatsing van de zuiger 821wordt getoond door middel van vier pijlen die uitwaarts wijzen. Verschillende bodems hebben verschillende eigenschappen en verschillende spanningstoestanden, afhankelijk van de bodem zijn er dus verschillende drukken nodig om de zuiger 821 een bepaalde verplaatsing te doen bereiken. Dilatometersystemen uit de stand der techniek oefenen een druk uit en meten de overeenstemmende verplaatsing van de zuiger 821 of van het membraan. Die aanpak kan leiden tot onnauwkeurige correlatie tussen de uitgeoefende druk en verplaatsing aangezien, afhankelijk van de bodem, de zuiger of het membraan sneller kunnen expanderen of verplaatsen voor bepaalde uitgeoefende drukken of stationair blijven voor andere uitgeoefende drukken. Met andere woorden is het gedrag van de zuiger 821 onvoorspelbaar en hangt het af van de bodem waarin het blad wordt gestoken, wat leidt tot een onvoorspelbare vervormingssnelheid van bodems daar de zuigerverplaatsing bodembeweging tegenwerkt tijdens het testen. Bodemgedrag kan gevoelig zijn aan de vervormingssnelheid, wat ‘vervormingssnelheidseffect’ worden genoemd in de bodemmechanica. Vervolgens zal de afhankelijkheid van de onvoorspelbare vervormingssnelheid van bodems ervoor zorgen dat er een onnauwkeurige correlatie optreedt tussen de uitgeoefende druk en verplaatsing. Dit probleem kan worden opgelost door het verschaffen van een dilatometersysteem met een aansturingseenheid 870 die geconfigureerd is om de drukmiddelen 830 aan te sturen om een druk uit te oefenen op basis van verplaatsingsdata 871 van de verplaatsingssensor totdat een vooraf bepaalde verplaatsing van de zuiger is bereikt. Door het in real time terugkoppelen van de verplaatsing van de zuiger en het aanpassen van de uitgeoefende druk op basis van die terugkoppeling, kan het gedrag van de zuiger en de bodemvervormingssnelheid nauwkeurig worden gecontroleerd en zijn die niet langer onvoorspelbaar omwille van de ongekende bodemeigenschappen en bodemspanningstoestanden.Figure 8 shows an exemplary embodiment of a dilatometer system according to the invention, comprising a dilatometer (not shown) according to one of the described embodiments and a control unit 870 for controlling, based on displacement data 871 of the displacement sensor (not shown) of the pressure means 830 around exert pressure in the first recess 820 such that the piston 821 protrudes from the first blade surface 811 until a predetermined displacement of the piston is achieved. Outward movement of the piston 821 is shown by means of four arrows pointing outwards. Different bottoms have different properties and different stress states, so depending on the bottoms different pressures are required to cause the piston 821 to reach a certain displacement. Prior art dilator systems exert a pressure and measure the corresponding displacement of the piston 821 or of the membrane. That approach can lead to inaccurate correlation between the applied pressure and displacement since, depending on the bottom, the piston or the membrane can expand or move faster for certain applied pressures or remain stationary for other applied pressures. In other words, the behavior of the piston 821 is unpredictable and depends on the bottom into which the blade is inserted, leading to an unpredictable soil deformation rate as the piston displacement counteracts soil movement during testing. Soil behavior can be sensitive to the deformation rate, which is called "deformation rate effect" in soil mechanics. Subsequently, the dependence on the unpredictable rate of deformation of soils will cause an inaccurate correlation between the pressure applied and displacement. This problem can be solved by providing a dilatometer system with a control unit 870 configured to control the pressure means 830 to apply pressure based on displacement data 871 of the displacement sensor until a predetermined displacement of the piston is achieved. By feedback the displacement of the piston in real time and adjusting the pressure applied on the basis of that feedback, the behavior of the piston and the soil deformation speed can be accurately controlled and are no longer unpredictable due to the unprecedented soil properties and soil stress conditions .

Op deze manier kan een nauwkeurige correlatie tussen uitgeoefende druk en zuigerverplaatsing worden verkregen. Bovendien kunnen door het variëren van de vooraf bepaalde zuigerverplaatsing belastings- en ontlastingsgrafieken worden opgesteld. De vakman begrijpt dat voor verplaatsingen tussen de nulverplaatsing en de vooraf bepaalde verplaatsing overeenstemmende uitgeoefende drukken kunnen worden opgenomen en uitgezet.In this way, an accurate correlation between applied pressure and piston displacement can be obtained. Moreover, by varying the predetermined piston displacement, load and relief charts can be established. The person skilled in the art understands that for applied movements between the zero displacement and the predetermined displacement correspondingly applied applied pressures can be recorded and expanded.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm ligt de vooraf bepaalde verplaatsing van de zuiger 821 tussen 2.5 mm en 3.5 mm. Dilatometersystemen uit de stand der techniek gebruiken typisch verplaatsingen van het membraan of de zuiger tot 1.1 mm en maken gebruik van een lineair druk/verplaatsingsverband. Echter, bodems vertonen typisch een niet-lineair gedrag dat niet kan worden waargenomen door zulke kleine zuigerverplaatsingen te gebruiken. Door het instellen van een vooraf bepaalde zuigerverplaatsing tussen 2.5 mm en 3.5 mm bij het uitvoeren van druk/verplaatsingsmetingen op opeenvolgende momenten in de tijd totdat de vooraf bepaalde zuigerverplaatsing is bereikt, kan rekening worden gehouden met niet-lineair bodemgedrag. Door het verschaffen van een rechtstreekse verplaatsingsmeting en een voldoende grote verplaatsingsrange om het druk/verplaatsingsverband van een bodem te schatten kan het begrip van niet-lineair bodemgedrag worden verbeterd.According to a preferred embodiment, the predetermined displacement of the piston 821 is between 2.5 mm and 3.5 mm. State-of-the-art dilator systems typically use displacements of the membrane or piston up to 1.1 mm and use a linear pressure / displacement relationship. However, bottoms typically exhibit a non-linear behavior that cannot be observed by using such small piston displacements. By setting a predetermined piston displacement between 2.5 mm and 3.5 mm when performing pressure / displacement measurements at successive moments in time until the predetermined piston displacement is achieved, non-linear ground behavior can be taken into account. By providing a direct displacement measurement and a sufficiently large displacement range to estimate the pressure / displacement relationship of a soil, the understanding of non-linear soil behavior can be improved.

Figuur 9 toont een doorsnede van een eerste uitsparing 320 in het blad 310 volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van een dilatometer volgens de uitvinding, genomen langs de A-A richting zoals geïllustreerd in figuur 3. De dilatometer omvat een O-ring 324 die is geconfigureerd om een ruimte tussen de zuiger 321 en de zuigeropening 322 af te sluiten. De O-ring 324 zorgt voor een waterdichte sluiting van de eerste uitsparing 320. De dilatometer omvat verder een springveer 325 die is geconfigureerd om de zuiger 321 vast te houden zodanig dat de zuiger 321 niet uit het eerste bladoppervlak 311 uitsteekt wanneer er geen druk wordt uitgeoefend in de eerste uitsparing 320. Bij voorkeur houdt de springveer 325 de zuiger 321 zodanig vast dat het bovenoppervlak van de zuiger gelijk wordt gehouden met het eerste bladoppervlak 311. De dilatometer kan verder een vasthoudring 326 met een holte omvatten die is geconfigureerd om de zuiger 321 vast te houden in rusttoestand en die ervoor zorgt dat elektrische draden, pneumatische buizen en afvoergeleiders door de holte van de vasthoudring 326 heen kunnen.Figure 9 shows a cross-section of a first recess 320 in the blade 310 according to a preferred embodiment of a dilatometer according to the invention, taken along the AA direction as illustrated in Figure 3. The dilatometer comprises an O-ring 324 configured to have a space between to close the piston 321 and the piston opening 322. The O-ring 324 provides a watertight closure of the first recess 320. The dilatometer further includes a spring spring 325 configured to hold the piston 321 such that the piston 321 does not protrude from the first blade surface 311 when no pressure is applied exerted in the first recess 320. Preferably, the spring 325 holds the piston 321 such that the upper surface of the piston is held flush with the first blade surface 311. The dilatometer may further include a retaining ring 326 with a cavity configured around the piston 321 to be retained at rest and which allows electrical wires, pneumatic tubes, and drain conductors to pass through the cavity of the retaining ring 326.

Figuur 10 toont schematisch een voorbeelduitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding voor het uitvoeren van een dilatometerproef met een dilatometer die een verplaatsbaar onbuigzame zuiger heeft en een verplaatsingssensor 950 voor het meten van zuigerverplaatsing, en een aansturingseenheid 970 die geconfigureerd is voor het aansturen van drukmiddelen 930 om een druk uit te oefenen op de zuiger (niet getoond) op basis van een input. De aansturingseenheid 970 is geconfigureerd om de uitgeoefende druk aan te passen op basis van ten minste de gemeten zuigerverplaatsing. Door het verschaffen van een real time terugkoppeling over de verplaatsing van de zuiger en het aanpassen van de uitgeoefende druk op basis van die terugkoppeling, wordt het gedrag van de zuiger nauwkeurig aangestuurd en is dit niet langer onvoorspelbaar door onbekende bodemeigenschappen en bodemspanningstoestanden. Op deze manier kan een nauwkeurige correlatie tussen uitgeoefende druk en zuigerverplaatsing worden bekomen. De input kan bijvoorbeeld een vooraf bepaalde verplaatsing zijn die moet worden bereikt door de zuiger. In een uitvoeringsvorm kan de uitgeoefende druk op de zuiger worden gemeten met een druksensor, die zich bij voorkeur in het blad bevindt, en meer bij voorkeur nabij de zuiger. In een andere uitvoeringsvorm kan de druk worden gemeten door een externe druksensor, die verbonden is met de aansturingseenheid 970 en/of de drukmiddelen 930.Fig. 10 schematically shows an exemplary embodiment of a dilatometer system according to the invention for performing a dilatometer test with a dilatometer having a movable rigid piston and a displacement sensor 950 for measuring piston displacement, and a control unit 970 configured to control pressure means 930 to apply pressure to the piston (not shown) based on an input. The control unit 970 is configured to adjust the pressure applied based on at least the measured piston displacement. By providing a real-time feedback over the displacement of the piston and adjusting the pressure applied on the basis of that feedback, the behavior of the piston is precisely controlled and is no longer unpredictable due to unknown soil properties and soil stress conditions. In this way an accurate correlation between applied pressure and piston displacement can be obtained. The input can be, for example, a predetermined displacement to be achieved by the piston. In one embodiment, the pressure exerted on the piston can be measured with a pressure sensor, which is preferably located in the blade, and more preferably near the piston. In another embodiment, the pressure can be measured by an external pressure sensor, which is connected to the control unit 970 and / or the pressure means 930.

Figuur 11 toont schematisch een voorkeursuitvoeringsvorm van een dilatometersysteem volgens de uitvinding voor het uitvoeren van een dilatometerproef met een dilatometer die een verplaatsbare onbuigzame zuiger heeft, waarbij het dilatometersysteem een zuigerdruksensor 980 voor het meten van de uitgeoefende druk omvat, en waarbij de aansturingseenheid 970 is geconfigureerd om de uitgeoefende druk aan te passen op basis van de gemeten uitgeoefende druk en de gemeten zuigerverplaatsing. Het dilatometersysteem kan worden toegepast op eender welke dilatometer met een verplaatsbare zuiger. Terwijl een poriënwatermeetsysteem kan worden gebruikt om correcties op bodemdrukmetingen te voorzien, kan het dilatometeraansturingssysteem voordelig worden toegepast op dilatometers die geen poriënwatermeetsysteem omvatten. Tijdens een dilatometerproef wordt de onbuigzame zuiger verplaatst door lucht onder druk en wordt de luchtdruk aangestuurd door een elektrische drukregelaar 930. Op deze manier wordt een verplaatsings-gecontroleerde procedure uitgevoerd die gebruikmaakt van een dubbelvoudig controlesysteem. De aansturingseenheid 970 in het systeem berekent een foute waarde als het verschil tussen een inputwaarde en een terugkoppelwaarde en probeert dan de fout te minimaliseren door de outputwaarde te manipuleren.Figure 11 schematically shows a preferred embodiment of a dilatometer system according to the invention for performing a dilatometer test with a dilatometer having a movable rigid piston, the dilatometer system comprising a piston pressure sensor 980 for measuring the applied pressure, and wherein the control unit 970 is configured to adjust the applied pressure based on the measured applied pressure and the measured piston displacement. The dilatometer system can be applied to any dilatometer with a movable piston. While a pore water measurement system can be used to provide corrections to soil pressure measurements, the dilatometer control system can advantageously be applied to dilatometers that do not include a pore water measurement system. During a dilatometer test, the rigid piston is displaced by pressurized air and the air pressure is controlled by an electric pressure regulator 930. In this way, a displacement-controlled procedure is performed using a double-check system. The control unit 970 in the system calculates an incorrect value as the difference between an input value and a feedback value and then attempts to minimize the error by manipulating the output value.

Bij wijze van voorbeeld heeft het volgende betrekking op een dilatometerproef die wordt uitgevoerd volgens een uitvoeringsvorm van de aansturingswerkwijze volgens de uitvinding waarbij een dilatometer wordt gebruikt volgens de uitvoeringsvorm van figuur 9. Er zijn twee soorten van kalibratiewerkwijzen die kunnen worden uitgevoerd voorafgaand aan een dilatometerproef zoals hierboven beschreven. Het eerste soort houdt de zuiger 321 verplaatsingsmeting en de uitgeoefende druk-meting in. Het tweede soort houdt het bepalen van de kracht die wordt uitgeoefend door de springveer 325 en de wrijving die wordt opgewekt door het contact tussen de O-ring 324 en de zuiger 321 in. De eerste soort van kalibratie wordt bij voorkeur periodisch uitgevoerd om rekening te houden met fouten die optreden in het systeem. Meer in het bijzonder is de uitgeoefende drukkalibratie nuttig om de nuloutput van de druksensor te bepalen bij de huidige lokale temperatuur en atmosfeer. Bij de kalibratie van de zuigerverplaatsing moet de eigenlijke verplaatsing worden gemeten door middel van bijvoorbeeld een meetklok die zich buiten de zuiger bevindt, aangezien systeemcompliantie kan optreden, zoals de verandering van dikte van de zuiger omwille van druktoename. Dan kunnen de outputs van de verplaatsingssensor 350 worden gekalibreerd aan de hand van deze eigenlijke verplaatsing, zoals getoond in figuur 12.By way of example, the following relates to a dilatometer test that is performed according to an embodiment of the driving method according to the invention wherein a dilatometer is used according to the embodiment of Figure 9. There are two types of calibration methods that can be performed prior to a dilatometer test such as described above. The first type involves the piston 321 displacement measurement and the pressure measurement applied. The second type involves determining the force exerted by the spring 325 and the friction generated by the contact between the O-ring 324 and the piston 321. The first type of calibration is preferably performed periodically to take into account errors that occur in the system. More specifically, the pressure calibration applied is useful to determine the zero output of the pressure sensor at the current local temperature and atmosphere. When calibrating the piston displacement, the actual displacement must be measured by means of, for example, a dial gauge located outside the piston, since system compliance may occur, such as the change in thickness of the piston due to pressure increase. Then, the outputs of the displacement sensor 350 can be calibrated on the basis of this actual displacement, as shown in Fig. 12.

Het tweede soort van kalibratie kan nuttig zijn om een werkelijke reactie van de bodem te verkrijgen tijdens de praktijktests aangezien de opgenomen rauwe druk-verplaatsingsgrafiek de weerstand van de springveer en de wrijving van de O-ring bevat. De kalibratie kan in open lucht worden uitgevoerd en wordt bij voorkeur uitgevoerd zowel voor als na de praktijkproeven om de validatie te checken, het typische schematische diagram is getoond in figuur 13.The second type of calibration may be useful for obtaining a real soil reaction during the practical tests since the raw pressure-displacement graph included contains the resistance of the spring and the friction of the O-ring. The calibration can be performed in the open air and is preferably performed both before and after the practical tests to check the validation, the typical schematic diagram is shown in Figure 13.

Een gecorrigeerde druk-verplaatsingsgrafiek van de hierboven beschreven dilatometerproef kan worden geproduceerd door het aftrekken van de springverweerstand en de O-ring wrijving van de rauwe druk-verplaatsingsgrafiek van de dilatometerproef, zoals getoond in figuur 14. De zuigerverplaatsing is op schaal geplot met een maximale zuigerverplaatsing van 3.0 mm wat typisch een voldoende grote verplaatsing is om niet-lineair gedrag van bodemeigenschappen in rekening te brengen. Er wordt opgemerkt dat de maximale verplaatsing die bereikt wordt in proeven lager of hoger kan zijn naargelang de noden van de gebruiker. De nodige druk om de zuiger te verplaatsen wordt schematisch gedemonstreerd aangezien deze in elke praktijkproef anders is.A corrected pressure displacement graph of the dilatometer test described above can be produced by subtracting the spring resistance and the O-ring friction from the raw pressure displacement graph of the dilatometer test, as shown in Figure 14. The piston displacement is plotted to scale with a maximum 3.0 mm piston displacement which is typically a sufficiently large displacement to account for non-linear behavior of soil properties. It is noted that the maximum displacement achieved in tests may be lower or higher depending on the needs of the user. The pressure required to move the piston is schematically demonstrated as it is different in every practical test.

In dilatometerproeven uit de stand der techniek wordt een druk-gecontroleerde procedure gebruikt zonder enige terugkoppeling van verplaatsingsmetingen van het membraan of de zuiger. Door gebruik te maken van een dilatometersysteem volgens de uitvinding kan ofwel een verplaatsings-gecontroleerde procedure of een druk-gecontroleerde procedure worden uitgevoerd. Hoe dan ook kan de druk-gecontroleerde procedure nog steeds nuttig worden uitgevoerd wanneer de druk lager is dan de aanzetdruk omdat in dit bereik de zuigerverplaatsing nul blijft terwijl de druk positief is. Eens dat de aanzetdruk is bereikt in de belastingsfase kan ofwel de druk-gecontroleerde procedure of de verplaatsing-gecontroleerde procedure worden gebruikt.Prior art dilatometer tests use a pressure-controlled procedure without any feedback of displacement measurements of the diaphragm or piston. By using a dilatometer system according to the invention, either a displacement-controlled procedure or a pressure-controlled procedure can be performed. Either way, the pressure-controlled procedure can still be performed effectively when the pressure is lower than the feed pressure because in this range the piston displacement remains zero while the pressure is positive. Once the feed pressure has been reached in the loading phase, either the pressure-controlled procedure or the displacement-controlled procedure can be used.

Enkelvoudige of meervoudige ontlasting-belasting-lussen, die worden gekenmerkt door een drukamplitude Δp, verplaatsingsamplitude Δd en de positie ervan op de curve (dur,pur), kunnen worden uitgevoerd in de belastingsfase van de dilatometerproef. Gebruikmakende van ofwel de verplaatsing-gecontroleerde procedure kan een nauwkeurige besturing van Δp, pur of Δd, dur worden gerealiseerd. De ontlasting-belasting-lussen kunnen worden gebruikt om de ontlasting-belasting-modulus van de bodem te berekenen.Single or multiple relief-load loops characterized by a pressure amplitude Δp, displacement amplitude Δd and its position on the curve (dur, pur) can be performed in the loading phase of the dilatometer test. Using either the movement-controlled procedure, an accurate control of Δp, pur or Δd, dur can be achieved. The relief load loops can be used to calculate the relief load modulus of the soil.

Aangezien een poriënwaterdruksensor 343 is verschaft in de dilatometer volgens de uitvinding, kan de poriënwaterdruk bij voorkeur bij het midden van de zuiger gemeten worden tijdens een praktijktest. Voorafgaand aan een dilatometerproef kan de saturatie van het poriënwatermeetsysteem, dat de poriënwaterinlaateenheid 343, de afvoergeleider 341 en de waterruimte 342 omvat, worden uitgevoerd. Deze procedure kan bijvoorbeeld gelijkaardig zijn aan de procedure voor saturatie van een piezokegel voor kegelpenetratieproeven (cone penetration testing (CPTu)). Als de dilatometerproef wordt uitgevoerd in een bodem met grove korrel wordt verwacht dat er geen overtollige poriënwaterdruk wordt gegenereerd tijdens de proef en dat de poriënwaterdruk ter hoogte van de hydrostatische poriënwaterdruk u0 blijft, zoals getoond in figuur 15. De effectieve druk kan onmiddellijk worden bekomen door de poriënwaterdruk van de totale druk af te trekken. Als de dilatometerproef wordt uitgevoerd in een bodem met fijne korrel, wordt overtollige poriënwaterdruk verwacht tijdens de proef. Echter, de schatting van de experimentele resultaten is niet zo voor de hand liggend als bij de bodems met grove korrel. Zowel positieve poriënwaterdruk als negatieve poriënwaterdruk kan worden gegenereerd, zoals getoond in figuur 16.Since a pore water pressure sensor 343 is provided in the dilatometer according to the invention, the pore water pressure can preferably be measured at the center of the piston during a practical test. Prior to a dilatometer test, the saturation of the pore water measurement system comprising the pore water inlet unit 343, the drain conductor 341 and the water space 342 can be performed. This procedure may, for example, be similar to the procedure for saturation of a piezo cone for cone penetration testing (CPTu). If the dilatometer test is performed in a coarse-grain bottom, it is expected that no excess pore water pressure is generated during the test and that the pore water pressure remains at the level of the hydrostatic pore water pressure u0, as shown in Figure 15. The effective pressure can be obtained immediately by subtract the pore water pressure from the total pressure. If the dilatometer test is performed in a fine-grained soil, excess pore water pressure is expected during the test. However, the estimate of the experimental results is not as obvious as with coarse-grain soils. Both positive pore water pressure and negative pore water pressure can be generated, as shown in Figure 16.

De grafiek van figuur 17 toont de bepaling van stromingseigenschappen en poriëndrukken gebruikmakende van een dilatometersysteem volgens één van de uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.The graph of Figure 17 shows the determination of flow properties and pore pressures using a dilatometer system according to one of the embodiments of the present invention.

In een eerste stap wordt een dissipatieproef voor de stroomparameters uitgevoerd. In bodems met een lage permeabiliteit (zoals klei, slib), kunnen in-situ stroomparameters, zoals de consolidatiecoëfficiënt ch en de permeabiliteitscoëfficiënt kh mogelijk geschat worden door middel van DMT-dissipatieproeven. In het algemeen bestaat een standaard DMT-dissipatieproef uit de stand der techniek uit het tot een gekozen diepte steken van het blad en opeenvolgende drukmetingen over de tijd te nemen. Deze drukmetingen kunnen worden geïnterpreteerd als het verval van de totale horizontale contactdruk σ, in de tijd. Om de stromingsparameters af te kunnen leiden moeten deze aannames zoals dat de afname van overtollige poriënwaterdruk gerelateerd of zelfs gelijk is aan het verval van het totale horizontale contactdruk σ!, gemaakt worden.In a first step, a dissipation test is performed for the flow parameters. In soils with low permeability (such as clay, sludge), in-situ flow parameters such as the consolidation coefficient ch and the permeability coefficient kh may possibly be estimated by DMT dissipation tests. In general, a standard prior art DMT dissipation test consists of sticking the blade to a selected depth and taking successive pressure measurements over time. These pressure measurements can be interpreted as the decay of the total horizontal contact pressure σ, over time. In order to derive the flow parameters, these assumptions must be made such that the decrease in excess pore water pressure is related or even equal to the decline of the total horizontal contact pressure σ!

Echter, de aannames zoals hierboven vermeld kunnen genegeerd worden wanneer de dilatometer volgens de uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt gebruikt waarbij de poriënwaterdruk rechtstreeks wordt gemeten door een sensor die verbonden is met de poriënwaterinlaateenheid, die een filter omvat die zich op de zuiger bevindt, bij voorkeur bij het midden van de zuiger. Het wordt opgemerkt dat de locatie van het midden van de zuiger in de dilatometer volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding identiek is aan die van het midden van het membraan in de standaard dilatometer uit de stand der techniek. Een dissipatieproefwerkwijze die gebruik maakt van de dilatometer volgens die voorkeursuitvoeringsvorm wordt hieronder uitgelegd.However, the assumptions as mentioned above can be ignored when the dilatometer according to the embodiments of the present invention is used wherein the pore water pressure is directly measured by a sensor connected to the pore water inlet unit, which includes a filter located on the piston, at preferably at the center of the piston. It is noted that the location of the center of the piston in the dilatometer according to a preferred embodiment of the invention is identical to that of the center of the membrane in the standard prior art dilatometer. A dissipation test method using the dilatometer according to that preferred embodiment is explained below.

De dissipatieproefprocedure omvat enkel poriënwaterdrukmetingen over de tijd bij een gewenste testdiepte, waarbij de zuiger tijdens de proef nooit wordt verplaatst. Meer specifiek start de proef net nadat het blad ter hoogte van de testdiepte geïnstalleerd is en dan wordt de grafiek van de poriënwaterdruk tegenover de vierkantswortel van de gepasseerde tijd geüpdatet na elke meting, zoals getoond in figuur 17. De proef wordt gestopt nadat ten minste voldoende drukmetingen gevonden zijn om t50 (de tijd bij 50 % poriënwaterdrukdissipatie) te vinden. Desgewenst eindigt de proef wanneer de druk de in-situ evenwichtsporiënwaterdruk bij 100 % dissipatie bereikt. Er wordt opgemerkt dat t50 gebruikt wordt om de stromingsparameters te schatten.The dissipation test procedure only includes pore water pressure measurements over time at a desired test depth, the piston never being displaced during the test. More specifically, the test starts just after the blade is installed at the test depth and then the pore water pressure graph opposite the square root of the past time is updated after each measurement, as shown in Figure 17. The test is stopped after at least sufficient pressure measurements were found to find t50 (the time at 50% pore water pressure dissipation). If desired, the test ends when the pressure reaches the in-situ equilibrium pore water pressure at 100% dissipation. It is noted that t50 is used to estimate the flow parameters.

In een tweede stap kan in-situ evenwichtsporiënwaterdruk worden bepaald. In granulaire bodems met vrije afwatering (zoals zand, gravel), kan de in-situ evenwichtsporiënwaterdruk worden gemeten wanneer de drukmetingen stabiel en constant zijn. Dat is omwille van de snelle dissipatie van overtollige poriënwaterdruk nadat het blad geïnstalleerd is in de granulaire bodem met vrije afwatering.In a second step, in-situ equilibrium pore water pressure can be determined. In granular soils with free drainage (such as sand, gravel), the in-situ equilibrium pore water pressure can be measured when the pressure measurements are stable and constant. This is because of the rapid dissipation of excess pore water pressure after the leaf is installed in the granular bottom with free drainage.

Een vakman zou direct begrijpen dat de stappen van verschillende hierboven beschreven werkwijzen uitgevoerd kunnen worden door programmeerbare computers. Daarom zullen sommige uitvoeringsvormen ook bedoeld zijn om programma-opslagtoestellen af te dekken, bijvoorbeeld, digitale gegevens opslagmedia, die machine- of computerleesbaar zijn en waarop machine uitvoerbaar of computer uitvoerbare programma’s of instructies opgeslagen zijn, waarbij de instructies sommige of alle hierboven beschreven stappen van de werkwijze uitvoeren. Het programma opslagtoestel kan bijvoorbeeld een digitaal geheugen, een harde schijf, een optisch leesbaar digitaal opslagmedium, en zo verder zijn.One skilled in the art would immediately understand that the steps of various methods described above can be performed by programmable computers. Therefore, some embodiments will also be intended to cover program storage devices, for example, digital data storage media that are machine or computer readable and on which machine executable or computer executable programs or instructions are stored, the instructions containing some or all of the above described steps of perform the process. The program storage device may be, for example, a digital memory, a hard disk, an optically readable digital storage medium, and so on.

De functies van de verschillende elementen getoond in de figuren, inclusief elke functionele blok die aangeduid is als module kan verschaft worden door gebruik te maken van vooraf bepaalde hardware als ook hardware geschikt voor het uitvoeren van software in overeenstemming met aangepaste software. Daarenboven mag expliciet gebruik van de term module niet begrepen worden als exclusief refererend naar hardware geschikt voor het uitvoeren van software, en kan impliciet bevatten, zonder beperking, digitale signaal verwerkingshardware (DSP), netwerkprocessor, applicatie specifieke geïntegreerde circuits (ASIC), veldprogrammeerbare gate arrays (FPGA), enkel leesgeheugens (ROM) voor het opslaan van software, random access memory (RAM), en niet-volatiele opslag. Andere hardware, conventioneel en/of op maat, kan ook gebruikt worden.The functions of the various elements shown in the figures, including any functional block designated as a module, can be provided by using predetermined hardware as well as hardware capable of executing software in accordance with adapted software. In addition, explicit use of the term module may not be understood as referring exclusively to hardware suitable for executing software, and may implicitly include, without limitation, digital signal processing hardware (DSP), network processor, application specific integrated circuits (ASIC), field programmable gate arrays (FPGA), read-only memories (ROM) for storing software, random access memory (RAM), and non-volatile storage. Other hardware, conventional and / or customized, can also be used.

Het zal begrepen worden door een vakman dat elk blokdiagram hierin conceptuele weergaven voorstelt van illustratieve circuits die de principes van de uitvinding belichamen. Op gelijke wijze zal begrepen worden dat elke flow chart, flow diagram en zo verder verschillende processen vertegenwoordigt die hoofdzakelijk vervat kunnen zitten in computer leesbaar medium en wanneer uitgeoefend door een computer of processor, of de computer of processor nu expliciet getoond is of niet.It will be understood by a person skilled in the art that each block diagram herein represents conceptual representations of illustrative circuits embodying the principles of the invention. Similarly, it will be understood that each flow chart, flow chart, and so on represents different processes that may be contained primarily in computer readable medium and when exerted by a computer or processor, whether the computer or processor is explicitly shown or not.

Terwijl de principes van de uitvinding hierboven beschreven zijn aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen, zal begrepen worden dat de beschrijving slechts gemaakt is ter voorbeeld en niet als beperkend voor de beschermingsomvang die bepaald is door de aangehangen conclusies.While the principles of the invention have been described above with reference to specific embodiments, it will be understood that the description is made merely by way of example and not as limiting the scope of protection defined by the appended claims.

Claims

Conclusions

A dilatometer comprising: a blade with a first blade surface and a second blade surface coming together at a blade end; a rigid piston movably arranged in a first recess in the blade; pressure means for applying a pressure in the first recess to cause the piston to protrude from the first blade surface through a piston opening; a displacement sensor disposed in the first recess and configured to measure a displacement of the protruding piston; a pore water inlet unit located on the piston and configured for pore water inlet; a water space connected to the pore water inlet unit via a drain conductor; and a pore water pressure sensor located in the water space and configured to measure a pore water pressure, characterized in that the rigid piston, the displacement sensor and pore water inlet unit are included in the first recess of the blade; and wherein the water space and water pressure sensor are included in a second recess of the blade.

The dilatometer of claim 1, wherein the first recess is accessible through a first opening in the second leaf surface and wherein the second recess is accessible through a second opening in the second leaf surface.

The dilatometer of claim 2, comprising a first removable cover and a second removable cover, wherein the first removable cover closes the first opening in the second sheet surface and the second removable cover closes the second opening in the second sheet surface.

The dilatometer of claim 2 or 3, wherein the first opening is circular.

A dilatometer according to any one of the preceding claims, wherein the blade comprises a third recess configured to accommodate circuitry and / or wire connections, the third recess being accessible through a third opening in the second blade surface, the third opening can be closed by means of a third removable lid.

The dilatometer of any preceding claim, further comprising an O-ring configured to close a space between the piston and the piston opening.

The dilatometer of any one of the preceding claims, further comprising a wave spring configured to hold the piston so that the piston does not protrude from the first blade surface when no pressure is exerted in the first recess.

A dilatometer according to any one of the preceding claims, wherein the blade has a thickness that is less than 20 mm and / or a width, seen in a direction parallel to the blade end, that is less than 120 mm.

A dilatometer according to any one of the preceding claims, wherein the piston has a diameter between 30 mm and 50 mm.

A dilatometer according to any one of the preceding claims, wherein the displacement sensor is a non-contact displacement sensor.

A dilatometer system comprising a dilatometer as claimed in any one of the preceding claims and a control unit for controlling the pressure means on the basis of displacement data of the displacement sensor to exert a pressure in the first recess so that the piston protrudes from the first blade surface to a predetermined displacement of the piston has been reached.

A dilator system according to claim 11, wherein the predetermined displacement of the piston is between 2.5 mm and 3.5 mm.

A dilatometer system for performing a dilatometer test comprising: a dilatometer according to any of claims 1 to 10 wherein the displacement sensor is configured to measure piston displacement; and a control unit configured to control pressure means to apply pressure to the piston based on an input and to adjust the applied pressure based on at least the measured piston displacement.

A dilator system according to claim 13, wherein the input is a predetermined displacement to be achieved by the piston.

A dilator system according to claim 13 or 14, comprising a piston pressure sensor for measuring the applied pressure, and wherein the control unit is configured to adjust the applied pressure based on the measured applied pressure and the measured piston displacement.

A control method for applying a dilatometer test with a dilatometer according to any one of claims 1 to 10, wherein the control method comprises: applying a pressure to the piston based on an input; measuring piston displacement; and adjusting the applied pressure based on at least the measured piston displacement.

The driving method according to claim 16, wherein the input is a predetermined displacement to be achieved by the piston.

The driving method according to claim 16 or 17, further comprising measuring the applied pressure and adjusting the applied pressure based on the measured applied pressure and the measured piston displacement.

A control method for performing a dissipation test with a dilatometer comprising a blade with a movable rigid piston and pore water pressure measuring means, the control method comprising performing direct pore water pressure measurements over a time at a predetermined test depth after placing the blade in a bottom.

A computer program product comprising computer-executable instructions for performing the method according to any of claims 17 to 19 or 20, when the program is executed on a computer.