DE4328540C2

DE4328540C2 - Vorrichtung zur Bestimmung von Verformungskennziffern von Bau- und Deponiestoffen

Info

Publication number: DE4328540C2
Application number: DE19934328540
Authority: DE
Inventors: Georg Rademaker
Original assignee: INTERFELS INTERNATIONALE VERSU
Current assignee: INTERFELS INTERNATIONALE VERSU
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2013-08-26
Also published as: DE4328540A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Verformungskennziffern von Bau- und Deponiestoffen wie Lockergesteine, Festgesteine und Schüttungen durch Messung der Aufweitung eines in diese Stoffe eingelassenen Bohrloches unter Einwirkung einer in radiale Bohrlochrichtung wirkenden definierten Kraft.

Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt. In der Druckschrift US 3 446 062 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, welche im wesentlichen zwei Lastplatten mit mehreren dazwischen in Richtung des Bohrlochquerschnittes wirksam angeordnete Druckzylinder aufweist, welche über eine zentrale, in Richtung der Bohrlochlängsachse verlaufende Hydraulikleitung ansteuerbar sind. Die Meßergebnisse werden durch direkte Messung der Abstandsänderung der Lastplatten erhalten. Als nachteilig hat sich hierbei herausgestellt, daß die Druckzylinder lediglich punktuell auf die Lastplatten einwirken, wobei diese wegen individueller baulicher Unterschiede der Druckzylinder sowie allfälliger Inhomogenität des Prüfstoffes ungleichmäßig aufgeweitet werden. Dies führt neben einer Verfälschung der Meßergebnisse zu Zwängungen innerhalb der Vorrichtung, welche eine hohe Abnutzung derselben zur Folge hat. Die Lastplatten werden aus ihrer Parallelstellung zueinander ausgelenkt und verkanten, so daß eine Bergung der Vorrichtung nach einer Messung erschwert oder unmöglich wird.

In der Druckschrift US 4 557 147 wird ein Schertester zur Bestimmung von Festigkeitskennziffern fester Prüfstoffe beschrieben. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem in Richtung der Bohrlochlängsachse wirksamen Zugzylinder, dessen Kolbenstange mit einer Schieberstange verbunden ist, sowie mehreren Krallen zum Verkanten der Vorrichtung in einem in einen Prüfstoff eingelassenen Bohrloch, welche mittels einer Spiralfeder zusammengehalten werden. Auf die Schieberstange ist an ihrem unteren Ende ein im Längsschnitt kegelförmiger Kolben aufgeschoben, auf dem die Krallen mit paßgenauen Ausbuchtungen aufliegen. Zu Beginn einer Messung wird die Schieberstange mit relativ geringem Zug angehoben, wobei die Krallen auf dem kegelförmigen Kolben der Schieberstange nach außen laufen und somit die Vorrichtung in dem Bohrloch fest verankern. Sodann wird der Zug kontinuierlich erhöht, bis der Prüfstoff nachgibt und die entsprechende Zugkraft abgelesen. Eine derartige Vorrichtung ist lediglich für Prüfstoffe hoher Festigkeit geeignet, auch lassen sich keinerlei Verformungskennziffern sondern lediglich Festigkeitskennziffern bestimmen.

Die Druckschrift DE-PS 5 66 059 beschreibt einen Bodensäureprüfer, welcher im wesentlichen aus zwei gegeneinander beweglichen Halbrundstäben, über welche Rohre aus Indikatorpapier gezogen werden können, besteht. Die Halbrundstäbe sind mittels zweier beweglicher Hebel miteinander verbunden, mittels derer ein Öffnen und Schließen des Prüfers ermöglicht wird. Die Vorrichtung dient lediglich der Messung der Bodenreaktion. Ihr Einsatz ist somit auf Ackerböden oder ähnlich weiche Prüfstoffe beschränkt. Kennziffern härterer Prüfstoffe lassen sich nicht gewinnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer unabhängig vom Reaktionswiderstand des Prüfstoffes ohne größere Vorarbeiten und Bergungsaufwand genaue, ohne aufwendige Korrekturen direkt verwertbare Meßergebnisse erhalten werden.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe gelingt mittels einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche aufweist: einen Druck- oder Zugzylinder sowie eine Schieberstange, wobei mit dem Druck- oder Zugzylinder eine definierte Kraft wirksam in Richtung der Bohrlochlängsachse gerichtet, erzeugbar ist und die Schieberstange mit der Kolbenstange des Druck- oder Zugzylinders verbunden ist; wenigstens zwei diametral entgegengesetzt angeordnete Lastplatten sowie gelenkig gelagerte Hebel, wobei die gelenkig gelagerten Hebel mit ihrem einen Ende jeweils um eine Befestigungsachse drehbar an einer der Lastplatten und mit ihrem anderen Ende jeweils um eine Befestigungsachse drehbar an der Schieberstange befestigt sind; einen Wegaufnehmer, womit eine Änderung der Auslenkung der Kolbenstange des Druck- oder Zugzylinders anzeigbar ist.

In vorteilhafter Weise ist mittels der gelenkig gelagerten Hebel eine mittels lediglich eines Druck- oder Zugzylinders erzeugbare definierte Kraft homogen auf die gesamte Lastplattenoberfläche übertragbar, so daß diese auch bie inhomogenen Prüfstoffen ihre zueinander parallele Ausrichtung beibehalten. Ein Verkanten mit nachfolgender aufwendiger Bergung der Vorrichtung entfällt. Die Verfälschung von Meßergebnissen durch seitliche Auslenkungen wird vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden anhand einer Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung im Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die gleiche Vorrichtung im Querschnitt in aufgeweitetem Zustand.

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung in schematischer Darstellung im Längsschnitt in aufgeweitetem Zustand.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Vorrichtung aus Fig. 1 um 90° gedreht.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen aus einem Druck- oder Zugzylinder 1, wenigstens zwei diametral entgegengesetzt angeordneten Lastplatten 2, einem Schlußstück 3 und gelenkig gelagerten Hebeln 4. Jeder der gelenkig gelagerten Hebel 4 ist mit seinem einen Ende jeweils um die Befestigungsachse drehbar an einer der Lastplatten 2 befestigt. Mit seinem anderen Ende ist jeder gelenkig gelagerten Hebel 4 jeweils um eine Befestigungsachse drehbar an einer Schieberstange 6 befestigt.

Die Schieberstange 6 ist mit der Kolbenstange 5 des Druck- oder Zugzylinders 1 verbunden. Eine von dem Druck- oder Zugzylinder 1 über die Schieberstange 6 auf die gelenkig gelagerten Hebel 4 ausgeübte definierte Kraft ist gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche der Lastplatten 2 übertragbar. Diese Situation zeigt Fig. 3.

Die beiden in Fig. 4 dargestellten Führungsstangen 12 neben der Schieberstange 6 sind als Widerlager der gelenkig gelagerten Hebel 4 ausgebildet und verhindern Stauchungs- und Dehnungseffekte der Vorrichtung bei Belastung. Die Führungsstangen 12 sind mit ihrem einen Ende mittels Verschraubung oder einer anderen lösbaren Verbindung mit dem Schlußstück 3 fest verbunden. Das entgegengesetzte Ende der Führungsstangen 12 ist mittels Verschraubung oder einer anderen lösbaren Verbindung fest mit dem Gehäuse 13 des Druck- oder Zugzylinders 1 verbunden.

Wie in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt, sind die Lastplatten 2 als Vollzylinderhälften ausgebildet. Sie weisen an ihren einander zugewandten Innenflächen 7 wenigstens zwei sich über die gesamte Länge der Lastplatten 2 erstreckende im Querschnitt rechteckige und mit der einen Stirnseite zu den Innenflächen 7 der Lastplatten 2 offene Vertiefungen 8 auf, in welche zur Verminderung des Durchmessers der Vorrichtung die Schieberstange 6 mit den gelenkig gelagerten Hebeln 4 eingelagert ist.

In einer weiteren in Fig. 2 dargestellten Ausgestaltung weisen die Lastplatten 2 der Vorrichtung entlang jeder Längskante einen die seitliche Verlängerung der Halbzylinderform der Lastplatten 2 bildenden Steg 9 auf. Die Lastplatten 2 sind mit ihren Stegen 9 dicht schließend ineinander verschiebbar angeordnet. Bei einer Änderung des Abstandes der Lastplatten 2 unter Einwirkung einer definierten Kraft bleibt der aus den Lastplatten 2 gebildete Vollzylinder dicht geschlossen. Das Eindringen von Schlamm wird so während der Messung vermieden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens einen Wegaufnehmer 10 auf, mit dem eine Auslenkung der Kolbenstange 5 des Druck- oder Zugzylinders 1 meßbar ist. Die Änderung des Abstandes der Lastplatten 2 ist indirekt meßbar. Vorteilhafterweise ist der Wegaufnehmer 10 ein Sonar-Wegaufnehmer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens einen, in der Zeichnung nicht dargestellten, zusätzlichen, zwischen den Lastplatten 2 angeordneten Wegaufnehmer zur direkten Messung der Änderung des Abstandes der Lastplatten 2 als Kontrollmöglichkeit der Formstabilität der Vorrichtung während einer Messung auf.

Das Schlußstück 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Siebplatte 11 an seinem unteren Ende auf, wodurch eventuell während der Messung eingedrungene Verunreinigungen ausspülbar sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Verformungskennziffern von Bau- und Deponiestoffen wie Lockergesteine, Felsgesteine und Schüttungen durch Messung der Aufweitung eines in diese Stoffe eingelassenen Bohrloches unter Einwirkung einer in radiale Bohrlochrichtung wirkenden definierten Kraft, welche aufweist:
einen Druck- oder Zugzylinder (1) sowie eine Schieberstange (6), wobei mit dem Druck- oder Zugzylinder (1) eine definierte Kraft wirksam in Richtung der Bohrlochlängsachse eines Bohrloches gerichtet erzeugbar ist und die Schieberstange (6) mit der Kolbenstange (5) des Druck- oder Zugzylinders (1) verbunden ist;
wenigstens zwei diametral entgegengesetzt angeordnete Lastplatten (2) sowie gelenkig gelagerte Hebel (4), wobei die gelenkig gelagerten Hebel (4) mit ihrem einen Ende jeweils um eine Befestigungsachse drehbar an einer der Lastplatten (2) und mit ihrem anderen Ende jeweils um eine Befestigungsachse drehbar an der Schieberstange (6) befestigt sind;
einen Wegaufnehmer (10), womit eine Änderung der Auslenkung der Kolbenstange (5) des Druck- oder Zugzylinders (1) anzeigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastplatten (2) die Form von Vollzylinderhälften aufweisen.

3. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastplatten (2) an ihren einander zugewandten Innenflächen (7) wenigstens zwei sich über die gesamte Länge der Lastplatten (2) erstreckende im Querschnitt rechteckige und mit der einen Stirnseite zu der Lastplatteninnenfläche (7) offene Vertiefungen (8) aufweisen.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastplatten (2) entlang jeder Längskante einen die seitliche Verlängerung der Halbzylinderform der Lastplatten bildenden überstehenden Steg (9) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastplatten (2) mit ihren Stegen (9) seitlich dichtschließend ineinander verschiebbar angeordnet sind und daß der aus den Lastplatten (2) gebildete Vollzylinder bei Einwirkung einer definierten Kraft entlang der Längskanten der Lastplatten (2) bei Änderung des Lastplattenabstandes dicht verschlossen ist.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens einen Wegaufnehmer (10) zwischen den Lastplatten aufweist (2) und daß mit diesem Wegaufnehmer (10) die Änderung des Abstandes der Lastplatten (2) direkt meßbar ist.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (10) ein Sonar-Wegaufnehmer ist.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Schlußstück (3) an seinem dem Bohrlochgrund zugewandten Ende aufweist.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Ende des Schlußstückes (3) eine Siebplatte (11) angebracht ist.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens zwei als Widerlager der gelenkig gelagerten Hebel (4) wirksame Führungsstangen (12) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstangen (12) mit dem Schlußstück (3) durch Verschraubung oder eine andere lösbare Verbindung fest verbunden sind.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstangen (12) parallel zu der Schieberstange (6) in den Vertiefungen (8) der Lastplatten (2) geführt sind, und daß die Führungsstangen (12) mit ihrem dem Schlußstück (3) abgewandten Ende fest mittels einer Verschraubung oder einer anderen lösbaren Verbindung mit dem Gehäuse (13) des Druck- oder Zugzylinders (1) verbunden sind.