DE9305327U1 - Settlement measuring device with drop weight - Google Patents
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Description
Setzungsmeßgerät mit FallgewichtSettlement measuring device with drop weight
Das Setzungsmeßgerät stellt ein Feldprüfgerät für den Erd- und Straßenbau zur Schneilbestimmung des sogenannten dynamischen Verformungsmoduis EVCj von Böden oder Tragschichten ohne Bindemittel dar, das in der Technischen Prüfvorschrift für Boden und Fels im Straßenbau TP BF - StB Teil B 8.3 beschrieben ist. Hiemach besteht das Prüfgerät aus einer Stoßbelastungsvorrichtung mit Lastplatte (0 300 mm) und einer Setzungsmeßvorrichtung. Die Prüfung erfolgt in der Weise, daß die Lastplatte auf das Prüfplanum gelegt und die Belastungsvorrichtung auf die Lastplatte aufgesetzt wird. Der Bediener des Prüfgerätes läßt das Fallgewicht der Belastungsvorrichtung aus einer bestimmten Fallhöhe fallen, wodurch unter der Stoßbelastung eine von der Tragfähigkeit des Bodens abhängige Setzung der Lastplatte hervorgerufen wird. Aus der Setzungsamplitude der Lastplatte wird unter Berücksichtigung der definierten Stoßkraft der dynamische Verformungsmodul „EVCj" des Bodens berechnet.The settlement measuring device is a field testing device for earthworks and road construction for rapid determination of the so-called dynamic deformation modulus E VC j of soils or base layers without binding agents, which is described in the technical test specification for soil and rock in road construction TP BF - StB Part B 8.3. The testing device consists of an impact loading device with a load plate (0 300 mm) and a settlement measuring device. The test is carried out by placing the load plate on the test plan and placing the loading device on the load plate. The operator of the testing device allows the falling weight of the loading device to fall from a certain height, which causes a settlement of the load plate under the impact load that depends on the load-bearing capacity of the soil. The dynamic deformation modulus "E VC j" of the soil is calculated from the settlement amplitude of the load plate, taking into account the defined impact force.
Als Setzungsmeßvorrichtungen dienen entweder mechanische oder elektronische Meßgeräte. Am gebräuchlichsten sind elektronische Meßgeräte mit Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitsaufnehmern, wobei die Meßsignale elektronisch integriert werden, um die absolute Größe der Setzung zu ermitteln.Either mechanical or electronic measuring devices are used as settlement measuring devices. The most common are electronic measuring devices with acceleration or speed sensors, where the measuring signals are electronically integrated in order to determine the absolute size of the settlement.
Das Gebrm. 9210220 offenbart ein elektronisches Setzungsmeßgerät, weiches eine mikroprozessorgesteuerte digitale Schaltung aufweist, die so gestaltet ist, daß durch Betätigen einer Starttaste der gesamte Meßvorgang gestartet werden kann und danach automatisch abläuft, die Anzahl von Meßstößen erkannt, alle gemessenen Werte gespeichert und durch emeute Betätigung der Starttaste wahlweise in den Betriebsarten „Meßbetrieb", „Transientenrecorder", „Transientendrucker* und „Kalibrierbetrieb" ausgeben werden, wobei ein Beschleunigungsaufnehmer mit integriertem Verstärker verwendet wird.The Gebrm. 9210220 discloses an electronic settlement measuring device which has a microprocessor-controlled digital circuit which is designed in such a way that the entire measuring process can be started by pressing a start button and then runs automatically, the number of measuring impacts is detected, all measured values are stored and can be output optionally in the operating modes "measuring mode", "transient recorder", "transient printer*" and "calibration mode" by pressing the start button again, whereby an acceleration sensor with integrated amplifier is used.
Der Meßbereich des Leichten Fallgewichtsgerätes ist begrenzt und ergibt sich aus der definierten Stoßkraft, der festgelegten Stoßdauer und dem vorgegebenen Lastplattendurchmesser. The measuring range of the light drop weight device is limited and results from the defined impact force, the specified impact duration and the specified load plate diameter.
Für die Messung von sehr großen Tragfähigkeiten ist daher ein schweres Fallgewichtsgerät, das sogenannte Falling Weight Deflectometer, gebräuchlich.For measuring very large load-bearing capacities, a heavy falling weight device, the so-called Falling Weight Deflectometer, is used.
In der Literatur [Weingart, W.: „Dynamisches Labor- und Feldprüfgerät zur Bestimmung des CBR-Wertes von Mineralbeton'', Die Straße Heft 2, 1986] ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Leichten Fallgewichtsgerätes beschrieben. Es handelt sich um ein Verfahren zur Bestimmung des sogenannten CBR-Wertes von Böden, bei dem ein Prüfstempel mit einer Stempelfläche von 20 cm2 mit Hilfe der Belastungsvorrichtung des Leichten Fallgewichtsgerätes in den Boden eingeschlagen wird. Die hierbei gemessene Stempeleindringtiefe dient zur Berechnung des dynamischen CBR-Wertes „CBRd", der ein Kennwert für die Bodenfestigkeit ist.In the literature [Weingart, W.: "Dynamic laboratory and field test device for determining the CBR value of mineral concrete", Die Straße issue 2, 1986] another possible application of the light drop weight tester is described. It is a method for determining the so-called CBR value of soils, in which a test stamp with a stamp surface of 20 cm 2 is driven into the soil using the loading device of the light drop weight tester. The stamp penetration depth measured in this way is used to calculate the dynamic CBR value "CBR d ", which is a parameter for soil strength.
Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein LeichtesThe aim of this innovation is to make it easy
Fallgewichtsgerät zu schaffen, das sehr einfach zu bedienen ist und gegenüber dem in der Technischen Prüfvorschrift beschriebenen Gerät einen größeren Meßbereich aufweist, um auchTragfähigkeiten von Evcj < 10 MN/m2 sowie Evcj > 125 MN/m2 mit möglichst geringem meßtechnischen Aufwand mit der erforderlichen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit unter Baustellenbedingungen ermitteln zu können. Außerdem besteht bei der Durchführung einer Vielzahl von Prüfungen das Problem der eindeutigen Zuordnung der einzelnen Meßwerte zu den jeweiligen Meßsteilen, dem jeweiligen Prüfzeitpunkt und der Prüftemperatur, um Verwechslungen und Manipulationen auszuschließen.To create a drop weight device that is very easy to use and has a larger measuring range than the device described in the technical test specification in order to be able to determine load-bearing capacities of E vc j < 10 MN/m 2 and E vc j > 125 MN/m 2 with the least possible measuring effort and with the required accuracy and reproducibility under construction site conditions. In addition, when carrying out a large number of tests, there is the problem of clearly assigning the individual measured values to the respective measuring points, the respective test time and the test temperature in order to exclude confusion and manipulation.
Dies ist vor allem dann wichtig, wenn die Meßergebnisse vertragsrechtliche Bedeutung für den Nachweis der erzielten Qualität der Baumaßnahme haben.This is especially important if the measurement results are of contractual significance for the proof of the quality achieved in the construction project.
Weiterhin soll die Bestimmung des CBR-Wertes mit Hilfe des Fallgewichtsgerätes gegenüber der bisherigen Verfahrensweise, bei der die Stempeleindringtiefe mit Hilfe eines Meßschiebers ermittelt wird, verbessert werden.Furthermore, the determination of the CBR value using the drop weight device is to be improved compared to the previous procedure in which the punch penetration depth is determined using a caliper.
Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung durch die Ausbildung eines Setzungsmeßgerätes mit den Merkmalen nach dem Schutzanspruch 1 gelöst.According to the innovation, this task is solved by designing a settlement measuring device with the features according to claim 1.
Mit der Neuerung wird eine einfache Meßbereichserweiterung erzielt, ohne beispielsweise ein anderes Prüfgerät, z. B. ein teures und aufwendiges Schweres Fallgewichtsgerät verwenden zu müssen.The innovation enables a simple extension of the measuring range without, for example, having to use another test device, such as an expensive and complex heavy drop weight device.
Weiterhin ermöglicht die Speicherung der Meßwerte eine einfache und nicht manipulierbare Erstellung von Prüfprotokollen.Furthermore, the storage of the measured values enables simple and non-manipulable creation of test reports.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 gegeben.Advantageous embodiments of the invention are given in claims 2 to 6.
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht darüberhinaus die schnelle Prüfung von Baustoffen und Böden, bei denen unter der Stoßbeiastung nicht nur elastische sondern auch plastische Verformungen auftreten.The further development according to claim 2 also enables the rapid testing of building materials and soils in which not only elastic but also plastic deformations occur under impact loading.
Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 3 bis 4 (eingebaute Uhr, fortlaufende Meßstellennummer, Temperaturmessung) gewährleisten eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Meßwerte zu den jeweiligen Meßsteilen. Außerdem werden die für das Prüfprotokoll wichtigen Daten - Uhrzeit, Datum, Temperatur - festgehalten, die bisher per Hand ermittelt und protokolliert werden mußten.The further developments according to claims 3 to 4 (built-in clock, consecutive measuring point number, temperature measurement) ensure that the individual measured values are clearly assigned to the respective measuring points. In addition, the data important for the test report - time, date, temperature - are recorded, which previously had to be determined and recorded by hand.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 und 6 (selbsttätige Protokollfunktion, PC-Datenübertragung) ermöglicht eine einfache Weiterverarbeitung der aufgenommenen Meßwerte auf einem PC hinsichtlich der Erstellung eines dokumentenechten Beleges und der statistischen Auswertung der Prüfergebnisse entsprechend der Prüfvorschrift.The design according to claims 5 and 6 (automatic protocol function, PC data transfer) enables simple further processing of the recorded measurement values on a PC with regard to the creation of a document-authentic receipt and the statistical evaluation of the test results in accordance with the test specification.
Das in Abbildung 1 dargestellte Leichte Fallgewichtsgerät ist in der Technischen Prüfvorschrift für Boden und Fels im Straßenbau TP BF - StB Teil B 8.3 beschrieben. Abweichend von der Prüfvorschrift und entsprechend Anspruch 1. ist die Lastplatte (3) auswechselbar. Durch Lastplatten oder Belastungsstempel anderer Durchmesser wird der Meßbereich des Fallgewichtsgerätes verändert. Nach der Prüfvorschrift besteht das Prüfgerät aus einer Stoßbelastungsvorrichtung mit einem Lastplattendurchmesser von 300 mm. Damit wird eine maximale Bodenpressung von 0,1 MN/ma erzielt. Durch Veränderung des Durchmessers der Lastpiatte kann die Bodenpressung den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden. Dabei ist zu beachten, daß die Gesamtmasse, bestehend aus Sensorgehäuse(i), Adapterplatte(2) und Lastplatte(3) oder Belastungsstempel(4) entsprechend der Prüfvorschrift 15 kg betragen muß. Der für eine bestimmte Bodenpressung erforderliche Durchmesser der Lastpiatte ergibt sich ausThe light drop weight device shown in Figure 1 is described in the technical test specification for soil and rock in road construction TP BF - StB Part B 8.3. Deviating from the test specification and in accordance with claim 1, the load plate (3) is interchangeable. The measuring range of the drop weight device is changed by using load plates or load stamps of different diameters. According to the test specification, the test device consists of a shock loading device with a load plate diameter of 300 mm. This achieves a maximum soil pressure of 0.1 MN/m a . By changing the diameter of the load plate, the soil pressure can be adapted to the respective requirements. It should be noted that the total mass, consisting of the sensor housing (i), adapter plate (2) and load plate (3) or load stamp (4), must be 15 kg in accordance with the test specification. The diameter of the load plate required for a specific soil pressure is calculated from
d - Durchmesser der Lastplatte in mmd - diameter of the load plate in mm
&Lgr; „ 7070N &Lgr; „ 7070N
d = 2· .MN d = 2· .MN
V &pgr; ■ &rgr; &rgr; - Bodenpressimg in——V π ■ ρ π - soil pressure in——
mrmr
Die Formel zur Berechnung des dynamischen Verformungsmoduls lautet:The formula for calculating the dynamic deformation modulus is:
67506750 0-s0-s
MNMN
Evd -dynamischer Verformungsmodul in ^-T-E vd -dynamic deformation modulus in ^- T -
0- Lastplattendurchinesserin/Hwj s - gemessene Setzung in mm 0- Load plate diameter/Hwj s - measured settlement in mm
Beispiele für verschiedene Lastpiattendurchrnesser:Examples of different load plate diameters:
^Vd P15 ' 9
^Vd
Gvd P22 ' 5
G vd
i1 E-^
i1
Durch diese Meßbereichsveränderung können z.B. mit einer größeren Platte weichere Böden und mit einer kleineren Platte härtere Böden geprüft werden.By changing the measuring range, for example, softer soils can be tested with a larger plate and harder soils with a smaller plate.
An dem zu dem erfindungsgemäßen Fallgewichtsgerät mit auswechselbaren Lastplatten zugehörigem elektronischen Setzungsmeßgerät befindet sich ein Meßbereichsumschalter, mit dem der für den jeweiligen Lastplattendurchmesser gültige Meßbereich eingestellt werden kann.The electronic settlement measuring device associated with the drop weight device according to the invention with exchangeable load plates has a measuring range switch with which the measuring range valid for the respective load plate diameter can be set.
Wird dieser Meßbereichsschalter &zgr;. B. in die Stellung · 300 mm · geschoben, erscheint unabhängig von der Betriebsart nach Einschalten des Setzungsmeßgerätes für die Dauer von ca. 2 Sekunden der Hinweis :If this measuring range switch &zgr;. is pushed into the position · 300 mm ·, for example, the following message appears for about 2 seconds after switching on the settlement measuring device, regardless of the operating mode:
Platte:Plate:
300 mm300mm
und danach automatisch die jeweilige Anzeige der gewählten Betriebsart. Die Durchführung der Messung erfolgt in der in der Prüfvorschrift beschriebenen Weise.and then automatically the respective display of the selected operating mode. The measurement is carried out in the manner described in the test specification.
Kommt bei der Prüfung von Tragschichten mit hoher Tragfähigkeit die Lastplatte mit dem Durchmesser von 150 mm zur Anwendung, ist der Meßbereichsschaiter in die Stellung · 150 mm · zu schieben.If a load plate with a diameter of 150 mm is used to test base layers with a high load-bearing capacity, the measuring range switch must be pushed into the position 150 mm.
Nach Einschalten des Setzungsmeßgerätes erscheint in diesem Fall die MeldungIn this case, after switching on the settlement measuring device, the message
Platte: 150 mmPlate: 150 mm
Die Messung wird in der üblichen Weise durchgeführt. Bei anderen Lastplattendurchmessern ist entsprechend zu verfahren.The measurement is carried out in the usual way. For other load plate diameters the same procedure must be followed.
Zur zusätzlichen Kontrolle wird der Lastpiattendurchmesser auch auf dem Protokollausdruck angegeben.For additional control, the load plate diameter is also indicated on the protocol printout.
Die Einstellung des Lastplattendurchmessers kann jederzeit verändert werden. Wenn beispielsweise nach Durchführung von drei Meßstößen mit einer 150 mm - Lastplatte und Betätigen der Starttaste bei Stellung des Meßbereichsschalters auf · 300 mm · folgende Anzeige erscheintThe setting of the load plate diameter can be changed at any time. For example, after carrying out three measuring strokes with a 150 mm load plate and pressing the start button with the measuring range switch set to 300 mm, the following display appears:
s = 0.33 mms = 0.33 mm
= 67.6 MN/m2 = 67.6 MN/ m2
kann der Meßbereichsschalter nachträglich noch in die Stellung · 150 mm · geschoben werden. Es wird dann das für den Lastpiattendurchmesser von 150 mm gültige Ergebnis angezeigt und auch ausgedruckt:the measuring range switch can subsequently be pushed into the position · 150 mm ·. The result valid for the load plate diameter of 150 mm is then displayed and also printed out:
s = 0.33 mm 6s = 0.33 mm 6
= 135,1 MN/m2 = 135.1 MN/m 2
Zur Bestimmung des CBR-Wertes wird anstelle der Lastplatte ein CBR-Stempel mit einem Querschnitt von 20 cm-2 an der Adapterplatte befestigt. Zusätzlich ist in diesem Fall die Anordnung einer Führung des CBR-Stempeis zu empfehlen, um Schiefstellungen des Stempels zu vermeiden, (siehe auch Literatur: Die Straße Heft 2, 1986)To determine the CBR value, a CBR stamp with a cross-section of 20 cm- 2 is attached to the adapter plate instead of the load plate. In this case, it is also recommended to arrange a guide for the CBR stamp to prevent the stamp from becoming misaligned (see also literature: Die Straße Issue 2, 1986).
Durch den Meßbereichsumschalter wird das Setzungsmeßgerät in den Meßbereich „CBR-Prüfung" umgeschaltet. Es erscheint unabhängig von der Betriebsart nach Einschalten des Setzungsmeßgerätes für die Dauer von ca. 2 Sekunden der HinweisThe measuring range switch switches the settlement measuring device to the measuring range "CBR test". Regardless of the operating mode, the message appears after the settlement measuring device is switched on for a period of approx. 2 seconds.
CBR-Stempel
20 cm2 CBR stamp
20cm2
Nach Durchführung des Meßstoßes wird die gemessene Stempeleindringtiefe und der berechnete CBR-Wert angezeigt:After the measurement impact has been carried out, the measured punch penetration depth and the calculated CBR value are displayed:
s = 0.86 mm CBR= 94%s = 0.86 mm CBR= 94%
Der CBR Wert errechnet sich aus der Stempeleindringtiefe s:The CBR value is calculated from the punch penetration depth s:
85,75 s- gemesseneStempeleindringtiefein/mtt85.75 s- measured punch penetration depth in/mtt
CBR =CBR-R =
0,590.59
CBR-Wert in %CBR value in %
Das Setzungsmeßgerät ist weiterhin mit einer Seibstprotokollierungsfunktion (Journal) ausgestattet. Die einzelnen Meßwerte werden mit fortlaufender Nummer, Datum, Uhrzeit und Temperatur im Setzungsmeßgerät gespeichert. Die Protokollierung erfolgt vollautomatisch am Ende jeder Messung. Dabei erscheint z.B. auf der Anzeige:The settlement measuring device is also equipped with a self-logging function (journal). The individual measured values are saved in the settlement measuring device with a consecutive number, date, time and temperature. Logging is fully automatic at the end of each measurement. The following appears on the display, for example:
s = 0.33 mms = 0.33 mm
= 135,1 MN/m2 = 135.1 MN/m 2
Die Ziffer in der rechten oberen Ecke ist die fortlaufende Nummer, unter der die Messung abgespeichert wurde.The number in the top right corner is the consecutive number under which the measurement was saved.
Durch einen großen Speicher ist sichergestellt, daß mindestens 1000 Wertepaare speicherbar sind und somit alle Daten der Prüfungen mindestens eines Arbeitstages aufgezeichnet werden können.A large memory ensures that at least 1000 value pairs can be stored and thus all test data from at least one working day can be recorded.
Nach Beendigung eines Arbeitsabschnittes bzw. Arbeitstages kann die im Setzungsmeßgerät gespeicherte Protokolldatei (Journal) auf einen PC übernommen werden. Dort werden Sie aufbereitet, je nach Prüfabschnitt separiert und als Prüfprotokoll ausgedruckt. Weiterhin erfolgt eine statistische Analyse der Meßwerte.After completion of a work section or work day, the log file (journal) saved in the settlement measuring device can be transferred to a PC. There it is processed, separated according to the test section and printed out as a test report. A statistical analysis of the measured values is also carried out.
Im Setzungsmeßgerät ist eine Quarzuhr integriert. Nach dem Einschalten des Setzungsmeßgerätes erscheint nach ca. 2s die Meidung :A quartz clock is integrated in the settlement measuring device. After switching on the settlement measuring device, the following message appears after approx. 2 seconds:
Di 3.02.93 Akku 14:17:56 90%Tue 3.02.93 Battery 14:17:56 90%
In diesem Beispiel werden angezeigt:This example shows:
Wochentag: Dienstag Datum: 3.2.1992Day of the week: Tuesday Date: 3.2.1992
Uhrzeit: 14.11 Uhr und 56 sTime: 14:11 and 56 s
Entladespannung des Akkus: 90 %Battery discharge voltage: 90%
Das Einsteilen der Uhr geschieht folgendermaßen. Das Setzungsmeßgerät ist einzuschalten. Bei gedruckter Starttaste ist der auf der Stirnseite des Meßgerätes angebrachte Betriebsartenschalter zu betätigen. Auf der Anzeige erscheint z.B.:The clock is set as follows. The settlement measuring device must be switched on. With the start button pressed, the operating mode switch on the front of the measuring device must be operated. The following appears on the display, for example:
Dq 5.02.93
14:17:56Dq 5.02.93
14:17:56
Durch Drücken der Taste kann der jeweilige Wert, unter dem sich der Cursor befindet
(im Beispiel Do ), geändert werden. Der Cursor wird durch erneute Betätigung des
Betriebsartenschalters zur jeweils nächsten Position bewegt. Die Sekunden werden
durch Drücken der Taste auf Null gesetzt. Beendet wird der Einstellmodus durch Ausschalten
des Gerätes.
Die Uhrzeit wird auf dem Meßprotokoll mit ausgedruckt.By pressing the button, the value under which the cursor is located (in the example, Do ) can be changed. The cursor is moved to the next position by pressing the mode switch again. The seconds are reset to zero by pressing the button. The setting mode is ended by switching off the device.
The time is printed on the measurement report.
Das Leichte Fallgewichtsgerät ist weiterhin mit einem Temperatursensor ausgestattet, der die automatische Ermittlung der Oberflächentemperatur des Bodens ermöglicht. Der Sensor (5) ist als Kontaktsensor ausgeführt und liegt während der Messung auf dem zu prüfenden Boden auf. Die Temperatur wird ebenfalls in der Protokolldatei gespeichert.The light weight drop weight device is also equipped with a temperature sensor, which enables the surface temperature of the ground to be determined automatically. The sensor (5) is designed as a contact sensor and rests on the ground to be tested during the measurement. The temperature is also saved in the log file.
BezugszeichenReference symbol
Claims (7)
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