DE2723087B2 - Gerat zur Bestimmung der Scherfestigkeit von körnigen und kohäsiven Materialien z.B. Böden - Google Patents

Description

— für den maximalen Reibungswinkel Φ_ρ' eines Mittelsandes ergaben sich 38,0°, während das parallelgeführte Schergerät einen Winkel von 44,2° nachweist (Zeile 4). Dies bedeutet eine Steigerung in der Ausnutzung der Scherfestigkeit von

Die Erfindung betrifft ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobsi für die Unieransprüche 2 bis 4 Patentschutz nur in Verbindung mit Patentanspruch 1 begehrt wird.

Direkte Schergeräte (Grundbau-Taschenbuch, Band 1, 2. Auflage 1966, Verlag Wilhelm Ernst u. Sohn) erlauben die Bestimmung der Scherfestigkeit von Materialien (vorzugsweise Böden) bei der Entstehung von Scherfugen.

Scherfugen entstehen häufig in der Natur und werden im Grundbau bei sehr vielen gebräuchlichen rechnerischen Standsicherheitsnachweisen angesetzt, z. B. bei Grundbüchern, Böschungsrutschungen, Zugankern, Baugrubenwänden (siehe z. B. Wernick, E.: Zusammenhänge zwischen der Mantelreibung von zylindrischen Ankern und Ergebnissen von direkten Scherversuchen, Die Bautechnik, 1977, H. 8, S. 263-267). Die Materialkennwerte für derartige Scherfugen werden durch bekannte direkte Rahmenschergeräte ermittelt, bei denen eine Bodenprobe in einer erzwungenen Scherfuge abgeschert wird.

Bei den bekannten direkten Rahmenschergeräten tritt während des Scherversuchs ein Kippen der Kopfplatte ein. Dieses Kippen wird durch ein genügend großes »Spiel« zwischen oberem Rahmen und Kopfplatte ermöglicht und zugelassen. Aus vielen Querschnittszeichnungen konventioneller direkter Schergeräte geht dieses »Spiel« nicht hervor, es ist jedoch immer vorhanden, da sich sonst die Kopfplatte im oberen Rahmen verklemmen und die tatsächlich in der »Scherfuge« wirkende Auflast verfälscht würde; weiterhin würde sich ohne ein »Spiel« die Kopfplatte zusammen mit dem gesamten oberen Rahmen schiefstellen.

Diese bekannten Geräte erzeugen infolge der Rippmöglichkeit der Kopfplatte keine Scherfuge lan 44,2 - tan 38.0
tan 38.0

= 24%!

— für den residuellen Reibungswinkel Φ*' (nach größerem Verschiebungsweg) ergab sich für den geprüften Mittelsand eine Steigerung von

lan 34,1 - tan 31.0
tun 3 1.0

= 13%.

Die bessere Ausnutzung der Scherfestigkeit von Böden ist von großem volkswirtschaftlichem Interesse: Sie ist sowohl für Behörden (Ersparnisse bei öffentlichen Investitionen) wie auch insbesondere für Tiefbaufirmen (niedrigere Angebotspreise) interessant, da es sich bei Erdbauwerken im weitesten Sinne immer um

5(i große Investitionen handelt und sich der Standsicherheitsbeiwert meist proportional zu tan Φ' errechnet.

Beschreibung des parallelgeführten Rahmenschergerätes anhand der Zeichnung:
Eine Materialprobe (z. B. Bodenprobe, gestört oder ungestört) wird in den Rahmen des Gerätes (bestehend aus oberem und unterem Rahmen) eingebaut und durch Erzeugung einer Relativverschiebung zwischen oberem und unterem Rahmen abgeschert. Dabei wird die dazu erforderliche Scherkraft über ein Dynamometer gemes-

w) sen. Die Scherfestigkeit des zu prüfenden Materials wird i. a. unter verschiedenen Auflasten (P) bestimmt, mit denen die Probe über die Kopfplatte belastet wird.

Die Kopfplatte wird im oberen Rahmen durch Walzen-, Kugellager oder ähnlichem so geführt, daß sie

b5 — relativ zum oberen Rahmen — nur eine eindimensionale Bewegung (in senkrechter Richtung) ausführen kann (infolge Dilatanz oder Kontraktanz der Probe während des Schervorgangs). Der obere Rahmen ist —

ebenfalls durch Walzen- oder Kugellager — gegen ein Widerlager so geführt, daß nur eine Bewegung in Seherrichtung möglich ist, andere Bewegungen (Schiefstellung) aber ausgeschlossen sind.

Der Probenquerschniti (in der Scherebene) kann eine beliebige Form haben (z. B. rechteckig oder quadratisch für gestörte, kreisrund für ungestörte Proben).

Die Parallelführungen können aus Flachkäfigen mit Walzen (siehe Zeichnung oben), aus Walzlagern, Gleitlagern, Zylinderrollenlagern o. ä. bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gerät nach Art eines »direkten Schergerätes« zum Bestimmen der Scherfestigkeit von Böden bzw. kohäsiven und körnigen Materialien mit einem aus zwei Hälften bestehenden Behälter zum Aufnehmen der Probe, mit einer Scherkraftmeßeinrichtung und einer Einrichtung zur Belastung der Probe mittels Kopfplatte, wobei die Belastungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Scherebene verläuft, gekennzeichnet durch derartige Führungen, daß a) die Kopfplatte nur in Beiastungsrichtung beweglich gelagert ist und b) die beiden Hälften des Behälters nur eine Relativbewegung zueinander in Scherrichtung ausführen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatte und die beiden Hälften des Probenbehälters durch Flachkäfige geführt sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatte und die Führungen des Probenbehälters als Bolzen ausgebildet sind, die in einem Hohlzylinder mittels Kugellagern (Kugelhülsen) geführt werden.

4. Gerät nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Führungen wechselweise Flachkäfige, Kugellager bzw. Kugelhülsen, Gleitlager o. ä. verwendet werden.

gleichbleibender Dicke in der Scherebene, so daß Volumenänderungen der Probe in der Scherfuge (angezeigt durch Höhenänderung der Kopfplatte) nicht auf eine konstante Scherfugendicke bezogen werden können.

Durch die zusätzliche kinematische Freiheit infolge der nicht verhinderten Drehung der Kopfplatte wird im Probeninneren ein Dehnungszustsnd erzeugt, der in der Natur vorkommenden Scherfugen nicht entspricht

Durch die zusätzliche kinematische Freiheit wird deshalb ein niedrigerer Scherwiderstand (z. B. Reibungswinkel) gemessen als bei parallelgeführten Scherversuchen, wodurch die tatsächliche Maierialfestigkeit nicht voll ausgenutzt wird. (WERNICK, E.: Vergleich und Bewertung von Reibungswinkeln aus Routinelaboruntersuchungen mit Meßwerten aus Pfahlzugversuchen.

5. Donau-Europäische Konferenz für Bodenmechanik und Grundbau, 1977, Bratislava, CSSR, Vol. I, S. 437-448.)

Die Attraktivität des erfindungsgemäßen und in den Patentansprüchen beschriebenen Gerätes liegt daher auch darin, daß mit diesem Gerät aufgrund der veränderten Kinematik ein höherer Scherwiderstand nachgewiesen und ausgenutzt werden kann, als mit bisher gebräuchlichen Schergeräten, insbesondere mit dem konventionellen direkten Schergerät: