BE1024441B1

BE1024441B1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE MECHANICAL PROPERTIES OF A SUBSTRATE UNDER WATER

Info

Publication number: BE1024441B1
Application number: BE2016/5620A
Authority: BE
Inventors: Thomas Alexander Vergote
Original assignee: Baggerwerken Decloedt En Zoon N.V.
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-26
Also published as: SG11201900779SA; AU2017301983A1; DK3491197T3; AU2017301983B2; EP3491197A1; WO2018019853A1; EP3491197B1; BE1024441A1

Abstract

Beschreven wordt een inrichting en werkwijze voor het bepalen van de mechanische eigenschappen van een onder water gelegen ondergrond. De inrichting omvat een steunframe dat een vaste steun biedt ten opzichte van een onder water gelegen ondergrond; en verder middelen om het steunframe tot op de onder water gelegen ondergrond te brengen. In het steunframe is een drukplaat opgenomen en drukmiddelen om de drukplaat met een kracht tegen de onder water gelegen ondergrond te drukken. Middelen om de verplaatsing van de drukplaat te meten tijdens het drukken; en rekenmiddelen laten toe ui de gemeten verplaatsing de kracht mechanische eigenschappen van de onder water gelegen ondergrond te bepalen.A device and method for determining the mechanical properties of an underwater subsurface is described. The device comprises a support frame that offers a fixed support relative to a subsurface under water; and further means for bringing the support frame onto the subsurface. A pressure plate and pressure means are included in the support frame to force the pressure plate against the subsurface under water. Means for measuring the displacement of the printing plate during printing; and calculating means make it possible to determine the force mechanical properties of the subsurface under water from the measured displacement.

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET BEPALEN VAN DE MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN VAN EEN ONDERGROND ONDERMETHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE MECHANICAL PROPERTIES OF A SUBSTRATE UNDER

WATERWATER

TECHNISCH GEBIED VAN DE UITVINDINGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het bepalen van de mechanische eigenschappen van een ondergrond onder water, en in het bijzonder van een onder water gelegen massa rotssteen (‘rock mound’).The invention relates to a device and method for determining the mechanical properties of an underwater subsoil, and in particular of a mass of rock located under water ("rock mound").

ACHTERGROND VAN DE UITVINDINGBACKGROUND OF THE INVENTION

Ten behoeve van het uitvoeren van werken onder water is het van belang de onder water gelegen ondergrond te onderzoeken, en meer bepaald de voor het werk relevante mechanische eigenschappen van deze ondergrond te kennen. De onder water gelegen ondergrond fungeert doorgaans als fundering voor het werk en onvoldoende inzicht in de eigenschappen ervan is niet acceptabel.For the purpose of performing underwater work, it is important to investigate the subsurface submerged in water, and in particular to know the mechanical properties of this subsurface relevant to the work. The subsurface under water usually serves as a foundation for the work and insufficient insight into its properties is not acceptable.

Een bekende werkwijze en inrichting voor het bepalen van de mechanische eigenschappen van een ondergrond onder water bestaat erin een cilindrische teststaaf verticaal in de ondergrond te drijven en de teststaaf vervolgens in expansie te brengen waarbij de ondergrond in horizontale richting onder druk wordt gezet. Het uit deze drukmetertest voortvloeiende spanningsrekdiagram geeft inzicht in de mechanische eigenschappen van de ondergrond.A known method and device for determining the mechanical properties of an underwater subsurface consists of driving a cylindrical test rod vertically into the subsurface and subsequently bringing the test rod into expansion, whereby the subsurface is pressured in the horizontal direction. The stress-strain diagram resulting from this pressure gauge test provides insight into the mechanical properties of the substrate.

Andere bekende werkwijzen nemen een grondmonster dat vervolgens boven water aan mechanische testen wordt onderworpen.Other known methods take a soil sample which is then subjected to mechanical testing above water.

De bekende werkwijzen en overeenkomstige inrichtingen hebben het nadeel dat de onder water gelegen ondergrond in alle gevallen wordt verstoord. Dit kan niet alleen nadelig zijn voor het draagvermogen van de ondergrond maar kan bovendien leiden tot relatief onnauwkeurige meting van de mechanische eigenschappen. Bovenstaand nadeel is in het bijzonder van toepassing voor een onder water gelegen ondergrond die een massa rotsstenen omvat. Het inbrengen van de teststaaf of het nemen van een monster verstoort de samenhang tussen de rotsstenen in de massa waardoor het niet goed mogelijk is betrouwbare gegevens te verzamelen. Dit probleem wordt nog groter naarmate de laagdikte van de massa rotsstenen minder is, bijvoorbeeld minder dan 2-3 m, en/of de afmetingen van de rotstenen relatief groot is, bijvoorbeeld gemiddeld groter dan 0.2 m.The known methods and corresponding devices have the disadvantage that the subsurface under water is disturbed in all cases. This can not only be disadvantageous for the bearing capacity of the substrate, but can also lead to relatively inaccurate measurement of the mechanical properties. The above drawback applies in particular to a subsurface submerged surface comprising a mass of rocks. The insertion of the test rod or the taking of a sample disrupts the relationship between the rocks in the mass, making it difficult to collect reliable data. This problem becomes even greater as the layer thickness of the mass of rock stones is less, for example less than 2-3 m, and / or the dimensions of the rock stones are relatively large, for example on average greater than 0.2 m.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDINGSUMMARY OF THE INVENTION

Een doel van de onderhavige uitvinding is daarom een werkwijze en inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen waarmee bovengenoemde nadelen ten minste gedeeltelijk worden vermeden.It is therefore an object of the present invention to provide a method and device of the type mentioned in the preamble with which the above-mentioned disadvantages are at least partially avoided.

De uitvinding verschaft daartoe een inrichting volgens conclusie 1. In het bijzonder wordt een inrichting voor het bepalen van de mechanische eigenschappen van een onder water gelegen ondergrond verschaft omvattende een steunframe dat een vaste steun biedt ten opzichte van de onder water gelegen ondergrond; middelen om het steunframe tot op de ondergrond te brengen; een in het steunframe opgenomen drukplaat; drukmiddelen om de drukplaat met een kracht tegen de ondergrond te drukken; middelen om de verplaatsing van de drukplaat te meten tijdens het drukken; en rekenmiddelen om uit de gemeten verplaatsing en de kracht mechanische eigenschappen van de onder water gelegen ondergrond te bepalen.To this end, the invention provides a device according to claim 1. In particular, a device for determining the mechanical properties of an underwater subsurface is provided comprising a support frame that provides a fixed support relative to the subsurface subsurface; means for bringing the support frame to the ground; a printing plate included in the support frame; pressure means to force the printing plate against the substrate; means for measuring the displacement of the printing plate during printing; and calculating means for determining mechanical properties of the subsurface subsurface from the measured displacement and the force.

Volgens de uitvinding wordt de inrichting in gebruik onder water gebracht door het steunframe op te nemen met een hijsmiddel bijvoorbeeld, en dusdanig op de onder water gelegen ondergrond te plaatsen dat de te testen ondergrond bereikbaar is voor de drukplaat. De drukplaat wordt weliswaar met kracht tegen de ondergrond gedrukt maar in hoofdzaak niet in de ondergrond gedrongen. Hierdoor blijft de ondergrond relatief onaangeroerd en zullen de gemeten mechanische eigenschappen representatief zijn voor de beoogde toepassingen van de ondergrond, bijvoorbeeld het fungeren als fundering voor een in het water aan te brengen bouwwerk.According to the invention, the device is put into use under water by receiving the supporting frame with a hoisting means, for example, and placing it on the subsurface that is to be tested such that the subsurface to be tested is accessible to the printing plate. Although the printing plate is pressed against the substrate with force, it is essentially not forced into the substrate. As a result, the substrate remains relatively untouched and the measured mechanical properties will be representative of the intended applications of the substrate, for example functioning as a foundation for a structure to be installed in the water.

Het steunframe heeft in een uitvoeringsvorm ten minste één relatief vlakke zijde waarmee het steunframe op de onder water gelegen ondergrond kan worden geplaatst.In one embodiment, the support frame has at least one relatively flat side with which the support frame can be placed on the subsurface.

In deze toestand van het steunframe is de ondergrond bereikbaar voor de drukplaat. In gebruik wordt de drukplaat tegen de ondergrond gedrukt waarbij het gesolliciteerde deel van de ondergrond relatief vrij kan bewegen in zijwaartse richting. Hiermee wordt bedoeld dat de ondergrond bij voorkeur niet wordt opgesloten door een aparte constructie, die zijwaartse beweging van de ondergrond zou belemmeren. Tijdens het drukken wordt beweging van de ondergrond in zijwaartse richting enkel door de ondergrond zelf beperkt. De zijwaartse richting is een loodrecht op de drukrichting verlopende richting.In this state of the support frame, the substrate can be reached by the printing plate. In use, the printing plate is pressed against the substrate, whereby the applied part of the substrate can move relatively freely in the lateral direction. By this is meant that the substrate is preferably not enclosed by a separate construction that would obstruct lateral movement of the substrate. During printing, movement of the substrate in lateral direction is limited only by the substrate itself. The sideways direction is a direction running perpendicular to the printing direction.

De middelen om het steunframe tot op de onder water gelegen ondergrond te brengen kunnen op elke wijze worden uitgevoerd. Zo kunnen dergelijke middelen een hijskraan omvatten en een stel aan het frame bevestigde hijsogen waarop een hijstakel van de hijskraan kan aangrijpen, desgewenst onder tussenkomst van hijslijnen. Ook is het mogelijk het steunframe autonoom onder water te brengen, bijvoorbeeld door het vanaf een vaartuig in het water te brengen en te voorzien van aandrijfmiddelen die het steunframe naar de gewenste positie op de ondergrond kunnen sturen.The means for bringing the supporting frame onto the subsurface can be carried out in any way. Such means can for instance comprise a hoisting crane and a set of hoisting eyes attached to the frame on which a hoisting link of the hoisting crane can engage, optionally with the aid of hoisting lines. It is also possible to autonomously submerge the support frame, for example by bringing it into the water from a vessel and provided with drive means that can steer the support frame to the desired position on the subsurface.

De drukplaat is dusdanig in het steunframe opgenomen dat de door de ondergrond op de drukplaat uitgeoefende krachten naar het steunframe kunnen worden afgeleid, in het bijzonder onder tussenkomst van een krachtmeetmiddel. Hierbij is het steunframe stijf genoeg om een vervorming van het steunframe dusdanig te beperken dat deze geen of slechts een zeer geringe invloed heeft op de verplaatsingsmeting, waardoor de verplaatsingsmeting niet of slechts in zeer geringe mate wordt beïnvloed.The pressure plate is received in the support frame in such a way that the forces exerted by the substrate on the pressure plate can be diverted to the support frame, in particular with the intervention of a force measuring means. The supporting frame is hereby stiff enough to limit a deformation of the supporting frame such that it has no or only a very small influence on the displacement measurement, so that the displacement measurement is not affected or only to a very small extent.

De afmetingen en geometrie van de drukplaat kunnen binnen brede grenzen worden gekozen. Zo is het mogelijk drukplaten toe te passen waarvan het aantal hoeken en/of zijden varieert van nul tot nagenoeg oneindig, bijvoorbeeld drie, vier, vijf en meer hoeken en/of zijden toe te passen. De vorm kan regelmatig of onregelmatig zijn, symmetrie vertonen of deze juist ontberen. De hoek tussen eventuele zijden kan 90° zijn, maar kan ook hiervan afwijken. In een uitvoeringsvorm is de drukplaat ellipsvormig, met meer voorkeur cirkelvormig. De afmetingen kunnen afhankelijk van de ondergrondeigenschappen worden gekozen. Zo is het mogelijk een langste afmeting van de drukplaat (in het vlak van de drukplaat) te kiezen tussen 0.01 en 10 m, met meer voorkeur tussen 0.1 en 5 m, met nog meer voorkeur tussen 0.2 en 2 m, met de meeste voorkeur tussen 0.4 en 1.5 m. Voor een cirkelvormige drukplaat betreft de langste afmeting de diameter, en geschikte diameters zijn bijvoorbeeld 0.5 m, 0.75 m en 1 m.The dimensions and geometry of the printing plate can be chosen within wide limits. It is thus possible to use printing plates whose number of angles and / or sides varies from zero to practically infinite, for example three, four, five and more angles and / or sides. The shape can be regular or irregular, show symmetry or lack it. The angle between any sides can be 90 °, but can also deviate from this. In one embodiment, the printing plate is elliptical, more preferably circular. The dimensions can be selected depending on the substrate properties. It is thus possible to choose a longest dimension of the printing plate (in the plane of the printing plate) between 0.01 and 10 m, more preferably between 0.1 and 5 m, even more preferably between 0.2 and 2 m, most preferably between 0.4 and 1.5 m. For a circular printing plate, the longest dimension is the diameter, and suitable diameters are, for example, 0.5 m, 0.75 m and 1 m.

De dikte van de drukplaat is eveneens binnen brede grenzen te kiezen en de verhoudi ^ tot de langste afmeting bedraagt bij voorkeur tussen 1/50 en 1/5, met meer voorkeur tussen 1/20 en 1/10.The thickness of the printing plate can also be selected within wide limits and the ratio to the longest dimension is preferably between 1/50 and 1/5, more preferably between 1/20 and 1/10.

De drukmiddelen om de drukplaat met een kracht tegen de onder water gelegen ondergrond te drukken omvatten in voorkomende uitvoeringsvormen klemmiddelen voor de drukplaat, en aandrijfmiddelen om de drukplaat in een volgens een van nul verschillende hoek met de ondergrond verlopende richting heen en weer te bewegen. De bewegingsrichting verloopt bij voorkeur loodrecht op de ondergrond. De aandrijfmiddelen kunnen mechanisch zijn, bijvoorbeeld een kettingaandrijving omvatten, maar kunnen ook hydraulisch of pneumatisch zijn, bijvoorbeeld hydraulische drukcilinders (pistons) omvatten.The pressure means for forcefully pressing the printing plate against the subsurface subsurface include, in appropriate embodiments, clamping means for the pressure plate, and drive means for moving the pressure plate back and forth in a direction extending from zero with the subsurface. The direction of movement preferably runs perpendicular to the substrate. The drive means can be mechanical, for instance comprise a chain drive, but can also be hydraulic or pneumatic, for instance comprise hydraulic pressure cylinders (pistons).

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat een inrichting waarin de drukmiddelen een hydraulische cilinder omvatten.An embodiment of the invention comprises a device in which the pressure means comprise a hydraulic cylinder.

De drukplaat kan met een, desgewenst constante, kracht tegen de ondergrond worden aangedrukt. Een uitvoeringsvorm van de inrichting omvat verder middelen om de kracht op de drukplaat te meten tijdens het drukken. Dergelijke middelen zijn op zich bekend en kunnen mechanische, optische, elektromagnetische, piezometrische, en akoestische krachtsensoren omvatten, of eventueel combinaties van dergelijke sensoren. Omdat de krachtmeetmiddelen in het steunframe zijn opgenomen zijn deze bij voorkeur waterdicht uitgevoerd.The printing plate can be pressed against the substrate with a, if desired, constant force. An embodiment of the device further comprises means for measuring the force on the printing plate during printing. Such means are known per se and may comprise mechanical, optical, electromagnetic, piezometric, and acoustic force sensors, or possibly combinations of such sensors. Because the force measuring means are included in the support frame, they are preferably made watertight.

Een inrichting volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de drukmiddelen (direct) aangrijpen op een vlak van de drukplaat. In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting omvat de drukplaat een aandrijfstang en grijpen de drukmiddelen aan op de aandrijfstang. De aandrijfstang verloopt bij voorkeur in de richting waarin de kracht op de drukplaat moet worden uitgeoefend, met de meeste voorkeur is dit een loodrecht op de ondergrond verlopende richting. Hoewel niet noodzakelijk grijpt de drijfstang bij voorkeur in een geometrisch middelpunt van de drukplaat aan. In voorkomende uitvoeringsvormen valt het geometrisch middelpunt van de drukplaat samen met het zwaartepunt van de drukplaat.A device according to another embodiment of the invention is characterized in that the pressing means (directly) engage on a surface of the printing plate. In another embodiment of the device, the pressure plate comprises a drive rod and the pressure means engage on the drive rod. The drive rod preferably runs in the direction in which the force must be exerted on the pressure plate, most preferably this is a direction running perpendicular to the substrate. Although not necessarily, the connecting rod preferably engages in a geometric center of the printing plate. In some embodiments, the geometric center of the printing plate coincides with the center of gravity of the printing plate.

De verbinding tussen de aandrijfstang en de drukplaat kan een starre verbinding vormen, maar een voorkeursuitvoeringsvorm omvat een inrichting waarin de drukplaat scharnierend is verbonden met de aandrijfstang, met meer voorkeur door middel van een kogelgewricht. Een dergelijke wijze van verbinding zorgt er voor dat de drukplaat in hoofdzaak volledig contact blijft maken met de ondergrond, zelfs wanneer het steunframe een van nul verschillende hoek maakt met de ondergrond. Hierdoor wordt de kwaliteit van de meting verder verbeterd.The connection between the drive rod and the pressure plate can form a rigid connection, but a preferred embodiment comprises a device in which the pressure plate is hingedly connected to the drive rod, more preferably by means of a ball joint. Such a method of connection ensures that the printing plate continues to make substantially full contact with the substrate, even when the support frame makes an angle different from zero with the substrate. This further improves the quality of the measurement.

Het heeft verder voordelen de inrichting volgens een uitvoeringsvorm te kenmerken doordat de middelen om de verplaatsing van de drukplaat te meten tijdens het drukken middelen omvatten voor het bepalen van de dieptepositie van de drukplaat. Dergelijke middelen laten toe op nauwkeurige wijze de verplaatsing van de drukplaat te meten tijdens het drukken op de ondergrond, en kunnen bijvoorbeeld zijn gebaseerd op het bepalen van de statische waterdruk op een bepaalde dieptepositie. Door bepaling van de diepte van drukplaat is de positie van de drukplaat bekend voor elke op de drukplaat inwerkende kracht. Combineren van deze metingen leidt tot bepaling van de mechanische eigenschappen van de ondergrond.It is furthermore advantageous to characterize the device according to an embodiment in that the means for measuring the displacement of the printing plate during printing comprise means for determining the depth position of the printing plate. Such means make it possible to accurately measure the displacement of the printing plate during printing on the substrate, and may for example be based on determining the static water pressure at a certain depth position. By determining the depth of printing plate, the position of the printing plate is known for each force acting on the printing plate. Combining these measurements leads to determination of the mechanical properties of the substrate.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding verschaft een inrichting waarin de middelen om de verplaatsing van de drukplaat te meten, meer in het bijzonder de middelen voor het bepalen van de dieptepositie van de drukplaat, een dieptewiel of -encoder omvatten.An embodiment of the invention provides a device in which the means for measuring the displacement of the printing plate, more in particular the means for determining the depth position of the printing plate, comprise a depth wheel or encoder.

Om de stabiliteit van het steunframe verder te verhogen kan de inrichting volgens een uitvoeringsvorm verder aan het steunframe bevestigde ballast omvatten.In order to further increase the stability of the support frame, the device according to an embodiment can further comprise ballast attached to the support frame.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de inrichting verder een programmeerbare logische eenheid (PLC) die zich in gebruik onder water bevindt, en die de verschillende onderdelen van de inrichting aanstuurt op basis van via ingangen verkregen informatie, en de uit de metingen afkomstige meetgegevens opslaat en/of doorstuurt naar een rekeneenheid die zich in een andere uitvoeringsvorm boven water bevindt. De wijze waarop de PLC de gegevens inleest is de vakman bekend en hangt onder andere af van de geïnstalleerde interfacekaarten en van de veldbusnetwerken waarlangs de onderdelen van de inrichting onderling gegevens uitwisselen.According to another embodiment of the invention, the device further comprises a programmable logic unit (PLC) which is in use under water and which controls the various parts of the device on the basis of information obtained via inputs, and the measurement data from the measurements stores and / or forwards to a computer unit that is above water in another embodiment. The way in which the PLC reads in the data is known to those skilled in the art and depends inter alia on the installed interface cards and on the fieldbus networks along which the components of the device exchange data with each other.

Een ander aspect van de uitvinding betreft een werkwijze voor het bepalen van de mechanische eigenschappen van een onder water gelegen ondergrond, in het bijzonder een massa rotssteen. De werkwijze omvat het verschaffen van een inrichting volgens de uitvinding; het tot op de onder water gelegen ondergrond brengen van het steunframe waarin de drukplaat is opgenomen; het met een kracht tegen de ondergrond drukken van de drukplaat; het tijdens het drukken meten van de verplaatsing van de drukplaat; en het uit de gemeten verplaatsing en de kracht bepalen van de mechanische eigenschappen van de ondergrond.Another aspect of the invention relates to a method for determining the mechanical properties of an underwater subsurface, in particular a mass of rock. The method comprises providing a device according to the invention; bringing the supporting frame into the submerged underwater surface in which the pressure plate is accommodated; pressing the printing plate against the substrate with a force; measuring the displacement of the printing plate during printing; and determining the mechanical properties of the substrate from the measured displacement and the force.

Het van de drukplaat en de andere onderdelen voorziene steunframe kan op in wezen elke wijze onder water worden gebracht, waarbij de uitgevonden werkwijze bij voorkeur wordt gekenmerkt doordat het steunframe met een vaartuig wordt verbonden. Met het vaartuig en het steunframe kan de drukplaat eenvoudig op elke gewenste positie worden gebracht, waarbij het steunframe kan zorgen voor een nauwkeurige positionering van de drukplaat ten opzichte van de ondergrond, zowel in de diepte, als in het tweedimensionale vlak (lengte en breedte).The supporting frame provided with the printing plate and the other parts can be submerged in substantially any way, the invented method preferably being characterized in that the supporting frame is connected to a vessel. With the vessel and the supporting frame the printing plate can easily be brought to any desired position, wherein the supporting frame can ensure an accurate positioning of the printing plate relative to the ground, both in depth and in the two-dimensional plane (length and width) .

Om een tweedimensionaal beeld te krijgen van de eigenschappen van de ondergrond kunnen de metingen (kracht en verplaatsing van de drukplaat) herhaald worden voor verschillende posities van het steunframe in het tweedimensionale vlak. Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kunnen de metingen op discrete posities in het tweedimensionale vlak worden herhaald.To get a two-dimensional picture of the properties of the substrate, the measurements (force and displacement of the printing plate) can be repeated for different positions of the support frame in the two-dimensional plane. According to an embodiment of the method according to the invention, the measurements can be repeated at discrete positions in the two-dimensional plane.

Het zal verder duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot het gebruik van één steunframe met drukplaat maar dat desgewenst meerdere steunframes met drukplaat tegelijkertijd kunnen worden toegepast, en/of een van meerdere drukplaten voorzien steunframe.It will further be clear that the invention is not limited to the use of one supporting frame with printing plate, but that if desired several supporting frames with printing plate can be used simultaneously, and / or a supporting frame provided with several printing plates.

De in deze octrooiaanvrage beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen gecombineerd worden in elke mogelijke combinatie van deze uitvoeringsvormen, en elke uitvoeringsvorm afzonderlijk kan het voorwerp uit maken van een afgesplitste octrooiaanvrage.The embodiments of the invention described in this patent application can be combined into any possible combination of these embodiments, and each embodiment separately can be the subject of a split-off patent application.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, zonder hiertoe overigens te worden beperkt. In de figuren toont: - figuur 1 een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding; - figuur 2 een schematisch perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een drukplaat volgens de uitvinding; - figuur 3 een schematisch perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een drukplaat volgens de uitvinding tijdens het onderzoeken van een ondergrond onder water; en - figuur 4 een schematische meetcurve van een met de uitgevonden inrichting uitgevoerde kracht-verplaatsingsmeting.The invention will now be further elucidated with reference to the following figures, without being otherwise limited thereto. In the figures: figure 1 shows a schematic side view of an embodiment of a device according to the invention; figure 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a printing plate according to the invention; figure 3 shows a schematic perspective view of an embodiment of a printing plate according to the invention during the investigation of a subsurface under water; and - figure 4 shows a schematic measuring curve of a force displacement measurement performed with the invented device.

BESCHRIJVING VAN UITVOERINGSVOORBEELDENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een uitvoeringsvorm van een inrichting 1 volgens de uitvinding getoond. De inrichting 1 wordt ingezet voor het onderzoeken van een onder water 2 gelegen ondergrond 3, meer bepaald voor het bepalen van de mechanische eigenschappen van de ondergrond 3. De inrichting 3 omvat een steunframe 4 dat in drie dimensies ten minste is opgebouwd uit 12 onderling star verbonden stalen profielen 40. Het steunframe 4 wordt met een ondervlak 5 op de te onderzoeken ondergrond 3 geplaatst, bijvoorbeeld door het aan hijsogen 6 met een (niet getoonde) hijskraan op te nemen en in het water 3 te laten zakken tot op de ondergrond 3.With reference to Figure 1, an embodiment of a device 1 according to the invention is shown. The device 1 is used for examining a subsurface 3 located under water 2, more particularly for determining the mechanical properties of the subsurface 3. The device 3 comprises a support frame 4 which in three dimensions is at least composed of 12 mutually rigid connected steel profiles 40. The supporting frame 4 is placed with a bottom surface 5 on the subsurface 3 to be examined, for example by lifting it up at lifting eyes 6 with a crane (not shown) and lowering it into the water 3 to the subsurface 3 .

Het steunframe 4 biedt een vaste steun ten opzichte van de onder water gelegen ondergrond 3 aan verschillende in het steunframe opgenomen onderdelen van de inrichting 1. Met het steunframe 4 verbonden essentiële onderdelen omvatten een in het steunframe 4 opgenomen drukplaat 7. De drukplaat heeft in de in figuur 2 getoonde uitvoeringsvorm de vorm van een cirkel met een diameter van 0.5 m, 0.75 m of 1 m, maar andere diameters zijn ook mogelijk. Het vlak van de drukplaat 7 verloopt ongeveer evenwijdig aan de ondergrond 3. Dit wordt mogelijk gemaakt door de drukplaat 7 te verbinden met een aandrijfstang 8 die in een ongeveer loodrecht op de ondergrond (of evenwijdig aan een opstaand profiel 40) staande richting 30 verloopt, die met de drukplaat 7 is verbonden door middel van een kogelgewricht 70. Een dergelijke scharnierende verbinding laat hoekverdraaiing toe van de drukplaat ten opzichte van het steunframe 4, de aandrijfstang 8 en/of de ondergrond 3. Aldus blijft de drukplaat 7 in hoofdzaak volledig contact maken met de ondergrond 3, zelfs wanneer bijvoorbeeld het ondervlak 5 van het steunframe 4 een van nul verschillende hoek maakt met de ondergrond 3.The support frame 4 provides a fixed support with respect to the subsurface 3 to various parts of the device 1 accommodated in the support frame. Essential parts connected to the support frame 4 comprise a pressure plate 7 accommodated in the support frame 4. The pressure plate has in the In the embodiment shown in Figure 2 the shape of a circle with a diameter of 0.5 m, 0.75 m or 1 m, but other diameters are also possible. The surface of the printing plate 7 extends approximately parallel to the substrate 3. This is made possible by connecting the printing plate 7 to a drive rod 8 which extends in a direction 30 which is approximately perpendicular to the substrate (or parallel to an upright profile 40), which is connected to the pressure plate 7 by means of a ball joint 70. Such a hinged connection allows angular rotation of the pressure plate relative to the support frame 4, the drive rod 8 and / or the substrate 3. Thus, the pressure plate 7 remains substantially completely in contact with the substrate 3, even when, for example, the bottom surface 5 of the support frame 4 makes an angle different from zero with the substrate 3.

De aandrijfstang 8 is in de getoonde uitvoeringsvorm aan het steunframe 4 bevestigd door middel van een ophanging 9 en tussenliggende middelen om de verplaatsing van de aandrijfstang 8 en dus ook van de drukplaat 7 in een evenwijdig aan een lengteas van de aandrijfstang 8 verlopende richting te meten. Deze middelen voor het bepalen van de dieptepositie van de drukplaat omvatten een dieptewiel of -encoder (10, 17). Zoals getoond in figuur 1 kunnen deze zich in de nabijheid van de drukplaat 7 bevinden (in deze positie aangeduid met het cijfer 17) en/of ze kunnen zich ter hoogte van een bovenzijde van de aandrijfstang 8 bevinden (in deze positie aangeduid met het cijfer 10).In the embodiment shown, the drive rod 8 is attached to the support frame 4 by means of a suspension 9 and intermediate means for measuring the displacement of the drive rod 8 and therefore also of the pressure plate 7 in a direction running parallel to a longitudinal axis of the drive rod 8. . These means for determining the depth position of the printing plate comprise a depth wheel or encoder (10, 17). As shown in Figure 1, these can be located in the vicinity of the pressure plate 7 (indicated in this position by the number 17) and / or they can be located at the height of an upper side of the drive rod 8 (in this position indicated by the number 10).

Verder kan de inrichting 1 ook middelen omvatten voor het bepalen van de dieptepositie van de drukplaat 7, zoals de druksensor 18. Dergelijke middelen laten toe de statische waterdruk te bepalen en daarmee de dieptepositie. Dit kan helpen in de bepaling van de verplaatsing van de drukplaat 7 in de richting van de ondergrond 3.Furthermore, the device 1 can also comprise means for determining the depth position of the pressure plate 7, such as the pressure sensor 18. Such means make it possible to determine the static water pressure and hence the depth position. This can help in determining the displacement of the printing plate 7 in the direction of the substrate 3.

De in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm omvat verder drukmiddelen 11 voor het met kracht tegen de ondergrond 3 aandrukken van de drukplaat 7. De drukmiddelen in de vorm van een hydraulische aandrijving 11 omvatten een klem 12 voor het vastgrijpen van de aandrijfstang 8, een samenstel van twee tegen elkaar indraaiende kettingen (13a, 13b) die met druk aangrijpen op de aandrijfstang 8. Op twee geleidingen (15a, 15b) lopende hydraulische cilinders (14a, 14b) kunnen de klem 12 (en de in de klem 12 opgenomen aandrijfstang 8) op en neer bewegen in de richting 30. Hiermee wordt de drukplaat 7 eveneens in de richting 30 op en neer bewogen en kan deze met een, desgewenst constante maar doorgaans oplopende, kracht tegen de ondergrond 3 worden aangedrukt. Hierbij wordt de drukplaat 7 tegen de ondergrond 3 gedrukt waarbij het gesolliciteerde deel van de ondergrond 3 relatief vrij kan bewegen in de zijwaartse richting 31, en derhalve niet wordt opgesloten. Dit is overigens niet noodzakelijk.The embodiment shown in Figure 1 further comprises pressure means 11 for pressing the pressure plate 7 with force against the substrate 3. The pressure means in the form of a hydraulic drive 11 comprise a clamp 12 for gripping the drive rod 8, an assembly of two chains (13a, 13b) pivoting against each other and which press on the drive rod 8. Hydraulic cylinders (14a, 14b) running on two guides (15a, 15b) can hold the clamp 12 (and the drive rod 8 included in the clamp 12) and moving down in the direction 30. Hereby the pressure plate 7 is also moved up and down in the direction 30 and can be pressed against the substrate 3 with a, if desired constant but generally increasing, force. The pressure plate 7 is herein pressed against the substrate 3, whereby the applied part of the substrate 3 can move relatively freely in the lateral direction 31, and is therefore not locked up. This is not necessary.

In figuur 3 wordt de drukplaat 7 in een tegen de ondergrond 3 aangedrukte positie getoond, waarbij de ondergrond een massa rotsstenen 3 a omvat (ook wel aangeduid met ‘rock mound’).In figure 3 the pressure plate 7 is shown in a position pressed against the substrate 3, wherein the substrate comprises a mass of rock stones 3a (also referred to as "rock mound").

De hydraulische aandrijving 11 wordt aangedreven door middel van een hydraulische motor 19 waaraan een pomp 23 en een accumulator 22 voor de hydraulische olie zijn gekoppeld. Desgewenst is een druksensor 21 in het hydraulische circuit opgenomen om hierin de druk te meten.The hydraulic drive 11 is driven by means of a hydraulic motor 19 to which a pump 23 and an accumulator 22 for the hydraulic oil are coupled. If desired, a pressure sensor 21 is included in the hydraulic circuit to measure the pressure therein.

De op de ondergrond 3 uitgeoefende kracht (of de door de ondergrond 3 opgeroepen reactiekracht) wordt gemeten door middel van een, bijvoorbeeld piezometrische, krachtsensor 16. De krachtsensor 16, en trouwens ook andere componenten, zijn bij voorkeur waterdicht uitgevoerd.The force exerted on the substrate 3 (or the reaction force called up by the substrate 3) is measured by means of a, for example piezometric, force sensor 16. The force sensor 16, and indeed also other components, are preferably made watertight.

De verschillende componenten van de inrichting 1 worden onderling aangestuurd door middel van een programmeerbare logische eenheid (PLC) 20 die zich in gebruik onder water bevindt, en desgewenst in het steunframe 4 is opgenomen. De aansturing door de PLC 20 gebeurt op basis van via ingangsbekabeling 26 verkregen informatie van bijvoorbeeld de krachtsensor 16, de diepte-encoder 17, de dieptemeter 18, en de druksensor 21. De hydraulische motor 19 wordt aangestuurd door bekabeling 25. De gemeten kracht- en verplaatsing worden door de PLC doorgestuurd naar een rekeneenheid 27 die zich in een de getoonde uitvoeringsvorm boven water bevindt, maar ook in het steunframe 4 kan zijn opgenomen.The various components of the device 1 are mutually controlled by means of a programmable logic unit (PLC) 20 which is in use under water and, if desired, is included in the support frame 4. The control by the PLC 20 is based on information obtained via input cabling 26 from, for example, the force sensor 16, the depth encoder 17, the depth meter 18, and the pressure sensor 21. The hydraulic motor 19 is controlled by cabling 25. The measured power and displacement are forwarded by the PLC to a computer unit 27 which, in an embodiment shown, is above water, but can also be included in the support frame 4.

De rekeneenheid 27 is voorzien van rekenmiddelen en software om uit de gemeten verplaatsing 28 en de kracht 29 mechanische eigenschappen van de onder water gelegen ondergrond 3 te bepalen. Een typisch meetresultaat wordt in figuur 4 weergegeven. Uit een dergelijk meetresultaat kunnen karakteristieke eigenschappen van de ondergrond 3 worden bepaald.The calculating unit 27 is provided with calculating means and software for determining mechanical properties of the subsurface 3 below the measured displacement 28 and the force 29. A typical measurement result is shown in Figure 4. Characteristic properties of the substrate 3 can be determined from such a measurement result.

In gebruik wordt de beschreven inrichting 1 tot op de onder waterspiegel 2 gelegen ondergrond 3 gebracht totdat het steunframe 4 op de ondergrond steunt of zoich in de nabijheid van de ondergrond 3 bevindt. Vervolgens wordt de drukplaat 7 met kracht 29 tegen de ondergrond 3 gedrukt en wordt tijdens het drukken de verplaatsing 28 van de drukplaat 7 gemeten. Uit de gemeten verplaatsing 28 en de kracht 29 kunnen relevante mechanische eigenschappen van de ondergrond 3 worden bepaald.In use, the described device 1 is brought onto the substrate 3 located below water surface 2 until the supporting frame 4 rests on the substrate or is situated in the vicinity of the substrate 3. The printing plate 7 is then pressed against the substrate 3 with force 29 and the displacement 28 of the printing plate 7 is measured during printing. From the measured displacement 28 and the force 29, relevant mechanical properties of the substrate 3 can be determined.

De vakman zal begrijpen dat de uitvinding niet beperkt is tot het hierboven geïllustreerde uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding, maar dat aanpassingen en variaties kunnen worden uitgevoerd binnen het kader van door de aangehechte conclusies bepaalde beschermingsomvang.Those skilled in the art will understand that the invention is not limited to the exemplary embodiment of the method and device according to the invention illustrated above, but that modifications and variations can be made within the scope of the scope of protection defined by the appended claims.

Claims

CONCLUSIONS

Device for determining the mechanical properties of an underwater subsurface, comprising: - a support frame that offers a fixed support relative to an subsurface submerged in water; - means for bringing the supporting frame onto the subsurface; - a printing plate included in the support frame; - pressure means for forcefully pressing the pressure plate against the subsurface; - means for measuring the displacement of the printing plate during printing; and - calculating means for determining mechanical properties of the subsurface subsurface from the measured displacement and the force.

Device according to claim 1, further comprising means for measuring the force on the printing plate during printing.

Device as claimed in claim 1 or 2, wherein the pressure means engage on a surface of the pressure plate.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the pressure plate comprises a drive rod and the pressure means engage on the drive rod.

Device as claimed in claim 4, wherein the printing plate is hingedly connected to the drive rod.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the pressure means comprise a hydraulic cylinder.

7. Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the means for measuring the displacement of the printing plate during printing comprise means for determining the depth position of the printing plate.

Device as claimed in claim 7, characterized in that the means for determining the depth position of the printing plate comprise a depth wheel or encoder.

Device as claimed in any of the foregoing claims, further comprising ballast attached to the support frame.

The device of any one of the preceding claims, further comprising a programmable logic unit (PLC) that is in use under water.

A method for determining the mechanical properties of an underwater subsurface, comprising: - providing a device according to any one of the preceding claims; - bringing the supporting frame into the submerged underwater surface in which the pressure plate is accommodated; - pressing the printing plate with force against the underwater surface; - measuring the displacement of the printing plate during printing; and - determining the mechanical properties of the subsurface under water from the measured displacement and the force.