DE2503415A1

DE2503415A1 - Vorrichtung fuer ein penetrometer

Info

Publication number: DE2503415A1
Application number: DE19752503415
Authority: DE
Inventors: Pellissier Charles Saint-Remy
Original assignee: FONDASOL TECHNIQUE
Current assignee: FONDASOL TECHNIQUE
Priority date: 1974-01-29
Filing date: 1975-01-28
Publication date: 1976-01-29
Also published as: US3968682A; GB1453273A; BE824865A; NL7500513A; FR2259189B1; FR2259189A1; IT1031216B

Description

Patentanwälte

FONDASOL-TECHNIQUE S/9 . 2, avenue de la Cabriere AVIGNON, Vaucluse, Frankreich

Vorrichtung für ein Penetrometer

Die Erfindung betrifft eine von einer Sonde und einem Rohrstrang gebildete Vorrichtung für ein Penetrometer, wobei einerseits die Sonde von einer Spitze und einer Zylinderbüchse gebildet ist und die Spitze ihrerseits aus zwei Teilen besteht, nämlich einem zentralen und einem Umfangsteil, die mittels eines abscherbaren Sicherungsstiftes verbunden sind, so daß der MeBbetrieb nur mit dem zentralen Teil mit der Spitze ermöglicht wird, und wobei andererseits der Rohrstrang von einer mittleren Stange und von die Stange umgeben-den koaxialen Rohren gebildet ist, so daß insge-

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samt vier voneinander unabhängige Messungen durchführbar sind.

Das Penetrometer ist eine häufig gebrauchte Vorrichtung zur Erfassung von Bodenstrukturen, mittels welcher eine Sonde in den Boden eingetrieben wird, die sich am unteren Ende eines Rohrstranges befindet, welcher die Kräfte bis zu einem Meßkopf überträgt, der am oberen Ende dieses Rohrstranges angeordnet ist.

Es können drei klassische Messungen mit Hilfe einer aus einer Sonde und einem Rohrstrang gebildeten Vorrichtung der vorgenannten Art durchgeführt werden:

1. Eine Messung der auf die Spitze der Sonde ausgeübten Kraft;

2. eine Messung der auf die seitliche Wandung der Sonde ausgeübten Widerstandskraft;

3. eine Messung der über die Gesamtlänge des Rohrstranges ausgeübten Widerstandskraft. *

Um diese drei Messungen leicht durchführen zu können, unterteilt man häufig die von der Sonde und dem Rohrstrang gebildete Vorrichtung in drei selbständige Teile: t. Die auf die Spitze wirkende Kraft wird mittels eines konisch ausgebildeten Ansatzstückes erfaßt, welches fest mit einer mittleren Stange verbunden ist, die ihrerseits von hintereinander angeordneten und miteinander verbundenen Elementen gebildet ist. 2. Die Widerstandskraft, die auf die seitliche Wandung der Sonde ausgeübt wird, wird mit Hilfe einer Büchse gemessen, die die konische Spitze der Sonde übergreift und mit einem Zwischenrohr fest verbunden ist, das koaxial zur vorgenannten zentralen Stange angeordnet

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ist und wie diese aus gegeneinander gesetzten Elementeneinheiten besteht.

3. Öie Widerstandskraft, die auf die Gesamtlänge des Rohrstranges ausgeübt wird, wird mittels eines Außenrohres umfaßt, welches als Verkleidung des gesamten Rohrstranges dient und welches oberhalb der vorgenannten Büchse endet. Dieses Außenrohr wird auch von miteinander verbundenen Elementen gebildet.

Bei einigen Penetrometern führt man eine zusätzliche Messung an der Spitze der Sonde durch, damit man zwei Beanspruchungswerte für den auf die Spitze ausgeübten Stoß registrieren kann. Die Spitze ist dann in einem solche Fall von zwei Teilen gebildet, nämlich einem konischen zentralen Element und einem kegelstumpfförmigen Umfangselement, welches das zentrale Element verlängert. Am Anfang treibt man die gesamte Spitze mit diesen beiden Teilen in den Boden ein, und beim Auftreten eines Widerstandes treibt man nur noch das konische zentrale Element in den Boden ein, das deshalb um eine bestimmte Länge in den Boden weiter eingetrieben werden kann, da es einen kleineren Querschnitt aufweist, und da die auf den gesamten Rohrstrang wirkende Seitenkraft wegfällt.

Eine Vorrichtung der vorbeschriebenen Art ist insbesondere in der CH-PS 466 154 sowie in der entsprechenden FR-PS 1 553 707. beschrieben. Die Übertragung der Kräfte für die vier Messungen wird bei dieser Vorrichtung mittels einer mittleren Stange und drei konzentrisch dazu angeordneten Rohren durchgeführt. Die mittlere Stange ist mit dem

konischen zentralen Element der Spitze fest verbunden, während das erste Rohr mit dem kegelstumpfförmigen Umfangs-

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element dieser selben Spitze fest verbunden ist. Außerdem werden diese beiden Elemente der Spitze mittels eines Sicherungssplintes verbunden, damit die Stange gegenüber dem ersten Rohr festgelegt ist, so daß verhindert wird, daß sich die Stange unter dem Einfluß ihres eigenen Gewichtes allein vorwärts bewegt, und so daß das Einsetzen ^v der Elemente der Stange oder der zusätzlichen Rohre erleichtert wird. Dieser Sicherungssplint ist derart ausgelegt, daß er abgeschert werden kann und damit die mittlere Stange freigibt, so daß die vierte Messung nur mit Hilfe des konischen zentralen Elementes durchgeführt werden kann.

So vorteilhaft wie diese Vorrichtung" auch sein mag, so ist ihre Konstruktion kompliziert, da die mittlere Stange des Rohrstranges von drei koaxialen Rohren umgeben ist.

Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, eine zur Durchführung der vier vorgenannten Messungen geeignete Vorrichtung zu schaffen, die die aufgezählten Nachteile nicht aufweist und in ihrer Konstruktion dadurch wesentlich vereinfacht ist, daß eines der Rohre weggelassen wird.

Die Erfindung besteht darin, daß das Umfangsteil der Spitze mit keinem Zwischenrohr des Rohrstranges verbunden ist,jedoch zur Abscherung des Splintes mit einer Anschlageinrichtung zusammenwirkt, die an der Zylinderbüchse der Sonde vorgesehen ist, so daß die Anzahl der die mittlere Stange des Rohrstranges umgebenden Ronre auf zwei Rohre begrenzt ist.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung

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ist vorgesehen, daß die Anschlageinrichtung der Zylinderbüchse eine Gewindemuffe aufweist, die in den unteren Teil der Zylinderbüchse eingeschraubt ist und eine nach oben weisende Anschlagfläche aufweist, die mit einem Bundring am oberen Ende eines mit dem Umfangteil der Spitze der Sonde fest verbundenen Ringteiles zusammenwirkt.

Wenn man das Rohr festhält, welches an die Zylinderbüchse angrenzt, dann blockiert man den Umfangsteil der Spitze und kann auf die mittlere Stange des Rohrstranges eine ausreichende Kraft ausüben, die den Sicherungsstift abschert und abschließend nur noch auf den zentralen Teil der Spitze einwirkt. Vor dem Abscheren überträgt die mittelere Stange die Gesamtkraft, die auf die beiden Teile der Spitze ausgeübt wird, so daß also zwei koaxiale Rohre ausreichen, nämlich ein Zwischenrohr, welches an die Zylinderbüchse angrenzt und zur Messung der auf die Sonde wirkenden Seitenkraft dient, und ein Außenrohr, welches die auf den Rohrstrang ausgeübte Kraft erfaßt.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einrichtung zur Zentrierung und Halterung der Elementeneinheiten des Zwischenrohres, dessen Fußteil mit der Zylinderbüchse der Sonde fest verbunden ist, gegenüber den. entsprechenden Elementeneinheiten des Außenrohres einen

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unteren Zentrierungsring und einen oberen Anschlagring aufweist, wobei der Anschlagring mit einer nach oben weisenden Anschlagfläche zusammenwirkt, die im Bereich des oberen Endes der entsprechenden Elementeneinheit des Außenrohres vorgesehen ist.

Vorteilhaft weist jede Elementeneinheit des Außenrohfes an seinem oberen Ende einen in Form einer
Buchse ausgebildeten Ansatz auf, der sowohl die Anschlagfläche, einen zur Zentrierung der entsprechenden Elementeneinheit des Zwischenrohres dienenden
Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser als
auch einen eingeschnürten Teil aufweist, in welchen die Greifer einer zum Herausziehen des Rohrstranges dienenden Vorrichtung eingreifen können.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine sehr vereinfachte Gesamtschnittansicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig.2 eine Detailansicht im Schnitt, die im vergrößerten Maßstab die Meßsonde zeigt;

Fig.3 eine Schnittansicht als Fortsetzung der Fig.2, wobei die Einzelheiten des unteren Endes des Rohrstranges dargestellt sind, und

Fig.4 eine Schnittansicht als Fortsetzung der Fig.3, wobei die ersten gewöhnlich verwendeten Elemente dieses Rohrstranges dargestellt sind. '

Die in der Fig.1 dargestellte Gesamtvorrichtung weist von unten nach oben eine Penetrometersonde A, das untere Ende B des Rohrstranges, welches die Sonde A trägt und einige Besonderheiten aufweist, sowie schließlich zwei laufende Abschnitte C und D des Rohrstranges auf. Die Sonde A selbst wird von zwei Hauptteilen gebildet, nämlich: einer konisch geformten Spitze 1 und einer Zylinderbüchse 2, die die Spitze 1 übergreift. Der Rohrstrang besteht im allgemeinen aus einer mittleren Stange 3, die von zwei koaxialen Rohren umgeben ist, nämlich einem Zwischenrohr 4 und einem Außenrohr 5. Es sei darauf hingewiesen, daß die in der Fig.1 gezeigten Querabmessungen im Verhältnis zu den Längsabmessungen sehr stark vergrößert sind.

Die Spitze 1 selbst besteht aus zwei koaxialen Teilen, näm-

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lieh: einem 2entralen konischen Element 6 und einem ringförmigen ümfangselement 7, das kegelstumpfförmig ausgebildet ist und das zentrale Element 6 verlängert. Das zentrale Element 6 ist auf das untere Ende der mittleren Stange 3 des Rohrstranges aufgeschraubt und besitzt zu diesem Zweck ein Gewinde 8. Über dem Ümfangselement 7 befindet sich ein Ringteil 9, der den Fußteil der mittleren Stange 3 einschließt und in die Zylinderbüchse 2 eingreift.

Die beiden Elemente 6 und 7, die die Spitze bilden, sind mit einem Sicherungssplint 10 gegeneinander festgelegt, welcher in diametraler Richtung angeordnet ist.

Der Außendurchmesser der Zylinderbüchse 2 entspricht dem Außendurchmesser der Spitze 1. An ihrem unteren Ende ist in die Zylinderbüchse 2 eine Gewindemuffe 11 eingeschraubt, die die Zylinderbüchse nach unten verlängert und nach innen verstärkt. Diese Gewindemuffe besitzt eine obere Stirnfläche 12, die der Innenfläche eines an dem oberen Ende des Ringteiles 9 angeordneten Bundringes gegenüberliegt. Der obere Teil der Zylinderbüchse 2 ist mit dem Fußteil des Zwischenrohres 4 des Rohrstranges fest verbunden.

Der Rohrstrang weist ein unteres Ende B auf, dessen Länge kleiner als die Länge der laufenden Abschnitte C und D ist und das gewisse Besonderheiten besitzt. Das untere Ende B besteht aus einem unteren Element 14 der mittleren Stange 3,an welchem das zentrale Element 6 und die Spitze 1 festgeschraubt sind; dem unteren Element 15 des Zwischenrohres 4, das mit der Zylinderbüchse 2 der Sonde A fest verbunden ist; dem unteren Element 16 des Außenrohres 5, welches den gleichen Durchmesser wie die Zylinderbüchse 2 besitzt und

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unmittelbar über dieser endet.

In gleicher Weise besteht jeder laufende Abschnitt C und D des Rohrstranges aus: einer Elementeneinheit 17 der mittleren Stange 3; einer Elementeneinheit 18 des Zwischenrohres 4; und einer Elementeneinheit 19 des Außenrohres 5.

Diese Elementeneinheiten haben z.B. alle eine Länge L von einem Meter. Sie sollen nachfolgend ausführlicher beschrieben werden:

Jede Elementeneinheit 17 der mittleren Stange 3 besitzt -z.B. einen Durchmesser von 35 mm. Sie wird mit den benachbarten Elementeneinheiten mit Hilfe eines konischen Gewindes 20 verbunden, das sich an seinen Enden befindet. Das obere Ende jedes Elementes 17 steht gegenüber den beiden rohrförmigen Elemententeilen 18 und 19 des gleichen Abschnittes des Rohrstranges nach oben vor.

Jede Elementeneinheit 18 des Zwischenrohres 4 ist als Rohr ausgebildet und besitzt z.B. einen Innendurchmesser von 46 mm und einen Außendurchmesser von 60 mm. Es besitzt an seinem oberen Ende*einen inneren Ring 21, der die Elementeneinheit gegenüber der mittleren Stange 3 zentriert und an den beiden Enden der Elementeneinheit sind ferner äußere Ringe 22 bzw. 23 vorgesehen. Der untere äußere Ring 22 sorgt für die Zentrierung des Elementes 18 gegenüber dem Außenrohr 5, während der obere Ring 23 das Element 18 gegenüber dem Element 19 des Außenrohres 5 zentriert, welches das Element 18 umschließt. Die Elementeneinheiten 18 des Zwischenrohres 4 sind nicht gegeneinander verschraubt, sondern liegen ganz einfach aufeinander auf.

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Jede Elementeneinheit 19 des Außenrohres 5 wird von einem Rohr gebildet, das in seinem laufenden Abschnitt einen Innendurchmesser von 68 mm und einen Außendurchmesser von 83 mm aufweist. Der obere Teil weist einen Ansatz 24 in Form einer mit einem Gewinde 25 versehenen Büchse auf und ist mittels eines Splintes 26 gegenüber dem übrigen Rohr festgelegt. Dieser Teil 24 besitzt einige Besonderheiten:

Sein Innendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser des restlichen Rohres 19, damit der Ansatz zur Zentrierung des oberen Teiles des Elementes 18 des Zwischenrohres 4 dienen kann.

Der Ansatz weist eine Anlageschulter 27 auf, die dem außenliegenden Anschlagring 23 des Elementes 18 gegenüberliegt. Der Ansatz besitzt einen eingeschnürten Teil 28, der sich über eine bestimmte Höhe erstreckt.

Schließlich besitzt der Ansatz in seinem oberen Teil ein Innengewinde 29, welches eine Verbindung des Ansatzes mit dem unteren Außengewindeteil des Elementes 19 ermöglicht, welches sich unmittelbar darüber befindet. Das Innengewinde 29 begrenzt einen Raum 30, in welchem sich der Anschlagring 23 des Zwischenelementes 18 befindet.

Wenn sich die von der Sonde und dem Rohrstrang gebildete Gesamtanordnung in Betrieb befindet, dann wird die auf die Spitze einwirkende Kraft über die mittlere Stange 3 übertragen, die auf die Zylinderbuchse 2 wirkende seitliche Kraft wird durch das Zwischenrohr 4 übertragen, und schließlich wirkt die auf den gesamten Rohrstrang ausgeübte seitliche Kraft auf das Außenrohr 5 ein, welches diese Kraft zum Meßkopf überträgt.

Während eines Penetrationsversuches treibt man zunächst die

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Sonde mit dem ersten Ende des Rohrstranges ein und schließt dann in Abhängigkeit von dem Eindringen der Sonde weitere Rohrenden an, indem man zunächst das Element 17 der mittleren Stange anschraubt und dann die beiden rohrförmigen Elemente 18 und 19 aufsetzt. Das mittlere Rohr 3 überträgt die auf die Spitze 1 ausgeübte Kraft so lange wie der gesamte Rohrstrang in weiche oder mittlere Böden eingetrieben wird.

Zur Untersuchung von härteren Böden verwendet man nur den mittleren Teil 6 der Spitze 1. Zu diesem Zweck hält man das Außenrohr 5 fest, das seinerseits die Zylinderbüchse 2 mittels der Anschlagfläche 31 des unteren Außenelementes 16 zurückhält. Diese Anschlagfläche wirkt mit einem Ring 32 zusammen, der gegenüber dem oberen Ende des Zwischenelementes 15 festgelegt ist, wobei letzteres gegenüber der Zylinderbüchse 2 festgelegt ist. Die zurückgehaltene Zylinderbüchse 2 verhindert ein Eindringen des Umfangsteiles 7 der Spitze 1, da die Anschlagfläche 12 der Zylinderbüchse 2 den Bundring 13 des mit dem Umfangselement 7 fest verbundenen Ringteiles 9 zurückhält. Man übt nun auf die mittlere Stange 3 eine nach unten gerichtete Stoßkraft einer bestimmten Größe, z.B. von.16 t, aus, bei welcher der Sicherungssplint 10 abgeschert wird, und kann anschließend nur den mittleren Teil 6 der Spitze in den Boden eintreiben.

Zum Herausziehen des Rohrstranges greift man mit vier Greifern einer zum Herausziehen dienenden Vorrichtung, die von den Druckmittelzylindern gesteuert werden, in den eingeschnürten Teil 28 des oberen äußeren Elementes 19 ein. Beim Herausziehen des Außenrohres 5 wird gleichzeitig das Zwischenrohr 4 mit herausgezogen, weil die Anschlageinrichtung, die von den Anlageschultern 27 gebildet wird, mit den Ringen 23

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des Elementes 18 des Zwischenrohres zusammenwirken.

Wenn nicht mit dem dynamischen Eintriebsverfahren gearbeitet wird, dann ist über dem Rohrstrang der Meßkopf angeordnet, welcher nicht Gegenstand der Erfindung ist und welcher alle Bauteile aufweist, die einerseits einen statischen Eintrieb des Rohrstranges ermöglichen und andererseits das Herausziehen des Rohrstranges, wobei gleichzeitig alle wirkenden Kräfte auf die verschiedenen Meßfühler übertragen werden. Jedes Element des Rohrstranges liegt unmittelbar gegen das entsprechende Element dieses Meßkopfes an, welches zur Übertragung der Kraft auf den entsprechenden Meßfühler vorgesehen ist.

Selbstverständlich sind auch von den beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichende andere Befestigungseinrichtungen verwendbar, die zur gegenseitigen Befestigung der Teile dienen.

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Claims

Patentansprüche

1. Von einer Sonde und einem Rohrstrang gebildete Vorrichtung für ein Penetrometer, wobei einerseits die Sonde von einer Spitze und einer Zylinderbüchse gebildet ist und die Spitze ihrerseits aus zwei Teilen besteht, nämlich einem zentralen und einem ümfangsteil, die mittels eines abscherbaren Sicherungsstiftes verbunden sind, so daß der Meßbetrieb nur mit dem zentralen Teil mit der Spitze ermöglicht wird, und wobei andererseits der Rohrstrang von einer mittleren Stange und von die Stange umgebenden koaxialen Rohren gebildet ist, so daß insgesamt vier voneinander unabhängige Messungen durchführbar sind, dadurch gekennzeichnet , daß das Umfangsteil (7) der Spitze (1) mit keinem Zwischenrohr (4) des Rohrstranges verbunden ist, jedoch zur Abscherung des Splintes (10) mit einer Anschlageinrichtung (9, 11, 12, 13) zusammenwirkt, die an der Zylinderbüchse (2) der Sonde vorgesehen ist, so daß die Anzahl der die mittlere Stange (3) des Rohrstranges umgebenden Rohre auf zwei Rohre (18,19) begrenzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlageinrichtung der Zylinderbüchse (2) eine Gewindemuffe (11) aufweist, die in den unteren Teil der Zylinderbüchse eingeschraubt ist und eine nach oben weisende Anschlagfläche (27) aufweist, welche mit einem Bundring (13) am oberen Ende eines mit dem Umfangsteil (7) der Spitze (1) der Sonde fest verbundenen Ringteiles (9) zusammenwirkt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Zentrierung und Halterung der Elementeneinheiten des Zwischenrohres (4), dessen Fußteil (15) mit der Zylinderbüchse (2) der Sonde fest verbunden ist, gegenüber den entsprechenden Elementeneinheiten des Außenrohr.es (5) einen unteren Zentrierungsring (22) und einen oberen Anschlagring (23) aufweist, wobei der Anschlagring mit einer nach oben weisenden Anschlagfläche (27) zusammenwirkt, die im Bereich des oberen Endes der entsprechenden Elementeneinheit des Außenrohres vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede Elementeneinheit des Außenrohres (5) an seinem oberen Ende einen in Form einer Büchse ausgebildeten Ansatz (24) aufweist, der sowohl die Anschlagfläche (27) , einen zur Zentrierung der entsprechenden Elementeneinheit des Zwischenrohres

(4) dienenden Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser als auch einen eingeschnürten Teil (28) aufweist, in welchen die Greifer einer zum Herausziehen des Rohrstranges dienenden Vorrichtung eingreifen können.

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