ES2203280B2

ES2203280B2 - SYSTEM FOR PERFORMING DISTRIBUTED LOAD TESTS ON MEMBRANES.

Info

Publication number: ES2203280B2
Application number: ES200101067A
Authority: ES
Inventors: Francisco Ballester Muñoz; Daniel Castro Fresno; German Gutierrez Martin; Juan Antonio Torre Vila; Miguel Angel Torre Vila
Original assignee: Universidad de Cantabria
Current assignee: Universidad de Cantabria
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: ES2203280A1

Abstract

El sistema para la realización de dos tipos de ensayos de carga distribuida sobre membranas. Consta de un marco (2) en el que se sujeta la muestra de la membrana (1) en todo su perímetro. Este marco se coloca sobre unos apoyos rígidos (5). Por la parte interior de la membrana se hacen pasar dos barras de acero con rosca (4) y se anclan en el suelo (8). Sobre la membrana (1) se coloca una placa de sobrecarga (6) y una placa de reparto para la aplicación de la carga sobre la membrana (1). Esta placa permite el paso de las barras ancladas. Las barras se hacen pasar por el interior de un cilindro hidráulico (7) y se pone un tope (9) en la parte superior. Los cilindros hidráulicos (7) aplican la fuerza sobre la placa.The system for carrying out two types of tests of distributed load on membranes. It consists of a frame (2) in which the membrane sample (1) is held throughout its perimeter. This frame is placed on rigid supports (5). Two threaded steel bars (4) are passed through the inner part of the membrane and anchored to the ground (8). On the membrane (1) an overload plate (6) and a distribution plate for the application of the load on the membrane (1) are placed. This plate allows the passage of anchored bars. The bars are passed through the inside of a hydraulic cylinder (7) and a stop (9) is placed on the top. The hydraulic cylinders (7) apply the force on the plate.

Description

Sistema para la realización de ensayos de carga distribuida sobre membranas.System for carrying out load tests distributed on membranes.

La invención se refiere a un sistema para la realización de ensayos con una carga distribuida sobre membranas isótropas o anisótropas con el fin de calcular la resistencia y la deformación de la misma en función de las condiciones de arriostre y el tipo de membrana.The invention relates to a system for testing with a distributed load on membranes isotropic or anisotropic in order to calculate resistance and deformation of the same depending on the bracing conditions and the type of membrane.

Background

Actualmente existen ensayos normalizados para la caracterización de membranas geotextiles (UNE-EN 918:1996, UNE-EN ISO 12236:1996, etc). Este sistema se puede utilizar para ensayar a tracción todo tipo de membranas empleadas en obras de construcción y edificación, membrana s geotextiles, mallas de alambre o cualquier otro tipo de membrana.There are currently standardized trials for characterization of geotextile membranes (UNE-EN 918: 1996, UNE-EN ISO 12236: 1996, etc). This system It can be used for tensile testing of all types of membranes used in construction and building works, membrane s geotextiles, wire meshes or any other type of membrane.

Description Breve descripciónShort description

El sistema para la realización de ensayos de carga distribuida sobre membranas permite calcular simultáneamente la resistencia y deformación en la membrana para cada estado de carga. Consta de elementos para la sujeción de la membrana, elementos de aplicación de la carga y anclaje al suelo, dispositivo de aplicación de la carga y dispositivos de
medición.The system for carrying out load tests on membranes allows the resistance and deformation in the membrane to be calculated simultaneously for each load state. It consists of elements for securing the membrane, elements for applying the load and anchoring to the ground, device for applying the load and devices for
measurement.

Description of the drawings

Figura 1Figure one

Isometric perspective view of the complete installation for the bidirectional essay

(1)(one): MembranaMembrane

(2)(2): SobrecargaOverload

(3)(3): Marco principalFramework principal

(4)(4): TornillosScrews

(5)(5): Platabandas de arriostre de la membranaPlatabandas de membrane bracing

(6)(6): ApoyosSupports

(7)(7): RaílesRails

(8)(8): Planchas de acero para anclaje de las barras roscadasSteel plates for anchoring threaded bars

(9)(9): Barras con roscaBars with thread

(10)(10): Cilindros hidráulicosCylinders hydraulic

(11)(eleven): Vigas de anclaje de los raílesAnchor beams of the rails

(12)(12): Placa de reparto circularCast plate circular

(13)(13): Tuercas para tope de los cilindros hidráulicosButt Nuts of hydraulic cylinders

Figura 2Figure 2

Isometric perspective view of the fasteners of the membrane for bidirectional testing and support bases

(1)(one): MembranaMembrane

(3)(3): Marco principalFramework principal

(4)(4): TornillosScrews

(6)(6): ApoyosSupports

Figura 3Figure 3

Isometric perspective view of the application elements of load and ground anchor for bidirectional testing

(7)(7): RaílesRails

(9)(9): Barras con roscaBars with thread

(10)(10): Cilindros hidráulicosCylinders hydraulic

(11)(eleven): Vigas de anclaje de los raílesAnchor beams of the rails

(12)(12): Placa de reparto circularCast plate circular

Figura 4Figure 4

Isometric perspective view of the complete installation for the unidirectional essay

(1)(one): MembranaMembrane

(2)(2): SobrecargaOverload

(3)(3): Marco principalFramework principal

(4)(4): TornillosScrews

(6)(6): ApoyosSupports

(7)(7): RaílesRails

(9)(9): Barras con roscaBars with thread

(10)(10): Cilindros hidráulicosCylinders hydraulic

(11)(eleven): Vigas de anclaje de los raílesAnchor beams of the rails

(14)(14): Marco secundarioFramework secondary

(15)(fifteen): Tubos de arrostre lateral de la membranaDrag pipes membrane side

(16)(16): Casquillo para sujeción de los tubosCap for tube clamping

(17)(17): Barra con rosca para anclaje de casquilloThreaded rod for bushing anchor

(18)(18): Perfil en "L"Profile in "L"

(19)(19): Placa de reparto esféricoCast plate spherical

(20)(twenty): Viga de repartoBeam distribution

Figura 5Figure 5

Isometric perspective view of the fasteners of the membrane for unidirectional testing and the support bases

(3)(3): Marco principalFramework principal

(4)(4): TornillosScrews

(6)(6): ApoyosSupports

(14)(14): Marco secundarioFramework secondary

(15)(fifteen): Tubos de arriostre lateral de la membranaPipes lateral bracing of the membrane

(16)(16): Casquillo para sujeción de los tubosCap for tube clamping

(18)(18): Perfil en "L"Profile in "L"

Figura 6Figure 6

Isometric perspective view of the application elements of load and ground anchor for unidirectional testing

(7)(7): RaílesRails

(9)(9): Barras con roscaBars with thread

(10)(10): Cilindros hidráulicosCylinders hydraulic

(11)(eleven): Vigas de anclaje de los raílesAnchor beams of the rails

(19)(19): Placa de reparto esféricoCast plate spherical

(20)(twenty): Viga de repartoBeam distribution

Figura 7Figure 7

Scheme with the arrangement of the transducers of displacements for both types of trials

(a)(to): Disposición de los transductores de desplazamiento vertical y medidor de hilo para el caso de ensayo bidireccional.Disposition of the vertical displacement transducers and thread meter for the bidirectional test case.

(b)(b): Disposición de los transductores de desplazamiento vertical y medidor de hilo para el caso de ensayo unidireccional.Disposition of the vertical displacement transducers and thread meter for the unidirectional test case.

Detailed description

Este sistema se adecua para la realización de dos tipos de ensayos con carga distribuida sobre membranas. Las muestras a ensayar tendrán forma cuadrangular y se situaran sobre un marco de acero (3). Un tipo de ensayo es aquel en el que la membrana (1) está totalmente arriostrada en su perímetro, ensayo llamado bidireccional; la membrana (1) esta arriostrada en dos direcciones ortogonales y carga en todas las direcciones (Figura 1). El otro tipo de ensayo es el llamado unidireccional; la membrana (1) se encuentra arriostrada totalmente en dos direcciones paralelas y tiene permitido el desplazamiento vertical perpendicular a su plano en las otras dos direcciones ortogonales a las anteriores (Figura 2).This system is suitable for the realization of two types of tests with distributed load on membranes. The samples to be tested will have a quadrangular shape and be placed on a steel frame (3). One type of essay is one in which the membrane (1) is fully braced on its perimeter, test bidirectional call; the membrane (1) is braced in two orthogonal directions and load in all directions (Figure one). The other type of essay is the so-called unidirectional one; the membrane (1) is completely braced in two parallel directions and vertical scrolling is allowed perpendicular to its plane in the other two orthogonal directions to the previous ones (Figure 2).

Para la realización de estos ensayos, se utilizan una estructura principal y elementos complementarios para la sujeción de la membrana adecuados a la condición de contorno del ensayo a realizar.For the performance of these tests, they are used a main structure and complementary elements for the membrane fastening appropriate to the boundary condition of the test to be carried out

Description of the installation for the bidirectional test

La estructura principal de sujeción constituye, por si sola, el sistema para la realización del ensayo de carga distribuida bidireccional (Figura 1) y consta de tres partes fundamentales.The main clamping structure constitutes, by itself, the system for carrying out the load test bidirectional distributed (Figure 1) and consists of three parts fundamental.

Elementos de sujeción de la membrana (Figura 2). Para la sujeción de la membrana (1) se utiliza un marco (3) realizado con perfiles de acero laminado reforzados con rigidizadores para aumentar su resistencia a la torsión. En la cara superior del marco y en todo su perímetro se sueldan tornillos (4) de acero de alta resistencia, que permiten la sujeción de la membrana (1) al marco mediante cuatro platabandas (5), para el ensayo bidireccional. El marco se encuentra apoyado en cuatro bases (6) debidamente niveladas. Membrane fasteners (Figure 2) . For the fastening of the membrane (1) a frame (3) made with laminated steel profiles reinforced with stiffeners is used to increase its resistance to torsion. Screws (4) of high strength steel are welded on the upper face of the frame and around its perimeter, which allow the membrane (1) to be attached to the frame by means of four bands (5), for bidirectional testing. The frame is supported on four bases (6) properly leveled.

Elementos de aplicación de la carga y anclaje al suelo (Figura 3). Para aplicar una carga sobre la membrana (l) se disponen dos raíles (7) en el suelo sobre dos planchas de acero (8) que llevan soldadas unas sujeciones, que se sitúan entre los raíles, de tal forma que las planchas (8) transmite a estos todas las fuerzas aplicadas. En dichas sujeciones se engancharán dos barras con rosca, para actuar como reacción del empuje de dos cilindros hidráulicos (10). Sobre el centro y los extremos de los raíles, se colocan transversalmente tres vigas (11) formadas por perfiles de acero que anclarán los raíles al suelo. Elements of load application and ground anchoring (Figure 3) . To apply a load on the membrane (l) two rails (7) are arranged on the floor on two steel plates (8) that have welded fasteners, which are located between the rails, so that the plates (8) transmit to these all the applied forces. In these fasteners two threaded bars will be hooked, to act as a reaction of the thrust of two hydraulic cylinders (10). On the center and the ends of the rails, three beams (11) formed by steel profiles that anchor the rails to the ground are placed transversely.

Dispositivo de aplicación de la carga (Figuras 1 y 3). Para la aplicación de la carga se utiliza una sobrecarga (2) formada por sacos de grava dispuestos en forma de tronco de pirámide. Por dentro de la sobrecarga (2), se pasan dos tubos de acero. Sobre la sobrecarga se dispone una placa de reparto circular (12) con dos taladros para que pasen las barras con rosca (9) y un perfil soldado en la parte superior para rigidizarla. La carga se aplicará a través de dos cilindros hidráulicos (10) que llevan dos tuercas (13) como tope en el extremo superior de las barras con rosca (9). Las barras con rosca (9) atraviesan los cilindros hidráulicos (10), la placa de reparto (12) y la sobrecarga (2) por dentro de unos tubos colocados en el interior de ésta, hasta los enganches de las placas de reacción (8) situadas debajo de los raíles (7). Load application device (Figures 1 and 3) . For the application of the load an overload (2) formed by gravel bags arranged in the shape of a pyramid trunk is used. Inside the overload (2), two steel pipes are passed. Above the overload there is a circular distribution plate (12) with two holes for the threaded bars (9) and a welded profile on the top to stiffen it. The load will be applied through two hydraulic cylinders (10) that have two nuts (13) as a stop at the upper end of the threaded bars (9). The threaded bars (9) pass through the hydraulic cylinders (10), the distribution plate (12) and the overload (2) inside pipes placed inside it, up to the hooks of the reaction plates (8 ) located under the rails (7).

Description of the installation for the unidirectional test

Para la realización de estos ensayos, se utilizan los mismos elementos que para el ensayo bidireccional mas unos elementos complementarios para la sujeción de la membrana (1), adecuados a la condición de contorno del ensayo y una placa de reparto rectangular en vez de circular ( Figuras 4 y 5).For the performance of these tests, they are used the same elements as for the bidirectional test plus some Complementary elements for membrane fastening (1), suitable for the boundary condition of the test and a plate of rectangular distribution instead of circular (Figures 4 and 5).

Los elementos complementarios para la realización de este ensayo, constan de las siguientes partes.The complementary elements for the realization of this essay, they consist of the following parts.

Marco Secundario (14). Este marco está realizado con dos cuadros formados por perfiles de acero soldados a una chapa que se atornillará en la parte inferior del marco principal (3), en dos bordes paralelos. Estas dos piezas están solidarizadas transversalmente por dos perfiles de acero laminado. Este marco ha sido diseñado para servir de soporte inferior a los elementos de arriostre lateral (15) por los cuales deslizará la membrana (1) durante la aplicación de la carga. Secondary Framework (14) . This frame is made with two frames formed by steel profiles welded to a sheet that will be screwed on the bottom of the main frame (3), on two parallel edges. These two pieces are transversely joined by two rolled steel profiles. This frame has been designed to serve as a lower support for the lateral bracing elements (15) through which the membrane (1) will slide during the application of the load.

Sistema de arriostre lateral: Este sistema está formado por un conjunto de tubos de acero (15), fijados en la parte inferior mediante una articulación al marco secundario (14). Su extremo superior encaja en un casquillo (16) diseñado especialmente para el soporte superior de estos tubos. Este casquillo (16) transmite la fuerza aplicada por los tubos (15), mediante una barra roscada (17), a un perfil en "L" (18) colocado sobre el marco principal (3). Lateral bracing system : This system consists of a set of steel tubes (15), fixed at the bottom by means of a joint to the secondary frame (14). Its upper end fits into a bushing (16) specially designed for the upper support of these tubes. This bushing (16) transmits the force applied by the tubes (15), by means of a threaded bar (17), to a "L" profile (18) placed on the main frame (3).

Dispositivo de aplicación de la carga (Figuras 3 y 6). Para la aplicación de la carga se utiliza el mismo dispositivo que en el ensayo bidireccional a excepción de la placa de reparto que en este caso esta formada por una plancha de acero rectangular (19) con el eje perpendicular a la dirección principal y con dos taladros en su parte central por los que pasan las barras roscadas (9). Encima de esta chapa se coloca una viga de reparto (20), sobre la que se apoyan los elementos de aplicación de carga. Al igual que en el caso anterior, la carga se aplica por medio de dos cilindros hidráulicos (10) que llevan dos tuercas (13) como tope en el extremo superior de las barras con rosca (9). Las barras con rosca (9) atraviesan los cilindros hidráulicos (10), la viga de reparto (20), la plancha de acero (19) y la sobrecarga (2) por dentro de unos tubos colocados en el interior de ésta, hasta los enganches de las placas de reacción (8) situadas debajo de los raíles (7). Load application device (Figures 3 and 6) . For the application of the load, the same device is used as in the bidirectional test, with the exception of the distribution plate which in this case is formed by a rectangular steel plate (19) with the axis perpendicular to the main direction and with two holes in its central part through which the threaded bars (9) pass. On top of this sheet a distribution beam (20) is placed, on which the load application elements are supported. As in the previous case, the load is applied by means of two hydraulic cylinders (10) that have two nuts (13) as a stop at the upper end of the threaded bars (9). The threaded bars (9) pass through the hydraulic cylinders (10), the distribution beam (20), the steel plate (19) and the overload (2) inside pipes placed inside it, up to the hooks of the reaction plates (8) located under the rails (7).

Equipment to be used in the measurement

Medición del desplazamiento vertical de la membrana (Figura 6). Para la medición de los desplazamientos verticales de la muestra en su punto central se utiliza un medidor de hilo. Este medidor va colocado en la parte inferior central de la muestra a ensayar y el captador fijado al marco inferior. La señal emitida por el medidor es recogida por un captador digital que la transfiere a un módulo acondicionador de señal el cual a su vez la envía al ordenador para su registro. Measurement of the vertical displacement of the membrane (Figure 6) . To measure the vertical displacements of the sample at its central point, a thread meter is used. This meter is placed in the lower central part of the sample to be tested and the sensor attached to the lower frame. The signal emitted by the meter is collected by a digital sensor that transfers it to a signal conditioning module which in turn sends it to the computer for registration.

Para obtener la deformada de la muestra en diferentes direcciones, se colocan en su parte inferior varios transductores de desplazamiento conectados a un módulo acondicionador de señal el cual a su vez la envía al ordenador para su registro. Para el ensayo unidireccional solo será necesario instrumentar la mitad de la mediatriz del marco, correspondiente a la dirección paralela a la de arriostre lateral de la membrana (1), ya que por simetría la membrana (1) se deformara lo mismo en el resto de las direcciones.To obtain the deformed sample in different directions, several are placed at the bottom displacement transducers connected to a module signal conditioner which in turn sends it to the computer to your registration For the unidirectional test it will only be necessary implement half of the frame's mediatrix, corresponding to the direction parallel to the lateral bracing of the membrane (1), since by symmetry the membrane (1) will deform the same in the Other addresses.

La ubicación de los transductores de desplazamientos para el ensayo con carga distribuida "bidireccional" y "unidireccional", se indica en la Figura 7 a y Figura 7 b respectivamente.The location of the transducers of displacements for the test with distributed load "bidirectional" and "unidirectional", is indicated in Figure 7 a and Figure 7 b respectively.

Medición de la carga de la muestra. Para la medición de la carga aplicada por el gato se emplea una célula de presión, conectada al sistema hidráulico. La señal emitida por la célula de presión es recogida por un captador digital que la transfiere a un módulo acondicionador de señal el cual a su vez la envía al ordenador para su registro. Measurement of the sample load . A pressure cell is used to measure the load applied by the jack, connected to the hydraulic system. The signal emitted by the pressure cell is collected by a digital sensor that transfers it to a signal conditioning module which in turn sends it to the computer for registration.

Los dos cilindros hidráulicos están conectados al mismo grupo de presión, por lo que para obtener la carga aplicada se multiplicará la constante de la curva de calibración de cada uno de los cilindros por la presión registrada en el sistema.The two hydraulic cylinders are connected to the same pressure group, so to get the load applied the calibration curve constant of each will be multiplied one of the cylinders by the pressure recorded in the system.

An embodiment of the invention Bidirectional test system

La muestra correspondiente a un paño de membrana (1), se coloca sobre el marco principal (3) y se arriostra en todo el perímetro mediante los elementos de sujeción diseñados para tal función. Seguidamente, se dispone la sobrecarga (2) junto con los tubos que van en su interior, la placa de reparto (12) y los cilindros hidráulicos (10) para la aplicación de la carga. Finalmente, se colocan los transductores y el medidor de hilo, para registrar el desplazamiento vertical de la membrana (1).The sample corresponding to a membrane cloth (1), is placed on the main frame (3) and bracing in all the perimeter by means of the fasteners designed for such function. Next, the overload (2) is arranged together with the tubes that go inside, the distribution plate (12) and the hydraulic cylinders (10) for load application. Finally, the transducers and the thread meter are placed, to record the vertical displacement of the membrane (1).

Una vez concluido el montaje del ensayo, se aplicará carga en forma continua por medio de los cilindros (10) conectados al grupo hidráulico. Los valores de carga y desplazamiento vertical son registrados de forma simultánea por la unidad de captación de datos.Once the trial assembly is finished, apply load continuously by means of cylinders (10) connected to the hydraulic group. The load values and vertical scrolling are registered simultaneously by the data collection unit.

Unidirectional test system

La muestra correspondiente a un paño de membrana (1) se coloca sobre el marco principal (3) y se arriostra en el borde del marco perpendicular al eje principal mediante los elementos de sujeción diseñados para tal función. Los lados paralelos a la dirección principal de la membrana (1) se arriostran pasando por su interior los tubos de fijación lateral (15).The sample corresponding to a membrane cloth (1) is placed on the main frame (3) and braces on the edge of the frame perpendicular to the main axis by means of fasteners designed for such function. The sides parallel to the main direction of the membrane (1) is bracing the lateral fixing tubes inside (fifteen).

Una vez fijada la membrana (1) se coloca la sobrecarga (2) junto con los tubos que van en su interior, la chapa de acero (19), la viga de reparto (20) y los cilindros hidráulicos (10) para la aplicación de la carga. Finalmente, se colocan los transductores y el medidor de hilo, para registrar el desplazamiento vertical de la membrana (1).Once the membrane (1) is fixed, the overload (2) together with the tubes that go inside, the sheet steel (19), the delivery beam (20) and the cylinders hydraulic (10) for load application. Finally I know place the transducers and the thread meter, to record the vertical displacement of the membrane (1).

Concluido el montaje del ensayo, se aplicará carga en forma continua por medio de los dos cilindros (10) conectados al grupo hidráulico. Los valores de carga y desplazamiento vertical son registrados de forma simultánea por la unidad de captación de datos.Once the test assembly is finished, it will be applied load continuously by means of the two cylinders (10) connected to the hydraulic group. The load values and vertical scrolling are registered simultaneously by the data collection unit.

Estos sistemas de ensayo permiten simular el comportamiento de membranas en condiciones reales de carga en los casos de emplearlas como soporte superficial de desmontes, barreras de contención, elementos de refuerzo, etc.These test systems allow to simulate the membrane behavior under real load conditions in the cases of using them as a surface support for clearing, containment barriers, reinforcement elements, etc.

El equipo de ensayo se puede construir con unas dimensiones tal que permitan realizar ensayos sobre muestras de membrana a escala natural, reproduciéndose así de una forma muy aproximada las condiciones de funcionamiento de la membrana.The test equipment can be built with some dimensions such that allow tests on samples of membrane on a natural scale, thus reproducing in a very approximate membrane operating conditions.

Para el caso del ensayo unidireccional, las barras roscadas (17) que transmiten la carga de los tubos (15) al perfil en "L" (18), se podrían instrumentar con bandas extensométricas con lo que se podría calcular la tensión existente en el lateral de la membrana.In the case of the unidirectional test, the threaded bars (17) that transmit the load of the tubes (15) to the "L" profile (18), could be instrumented with bands extensometric with which the existing tension could be calculated on the side of the membrane.

Claims

1. System for conducting tests of distributed load on membranes characterized in that it comprises: means for fastening the membrane, supports, threaded bars, distribution plates, bracing elements, hydraulic cylinders, transmission elements of the applied load, means for the measurement of the load applied to the membrane and the vertical displacement at various points of the membrane and data recording means.

2. System for carrying out distributed load tests on membranes, according to claim 1, characterized by bracing elements that bracing the membranes throughout their perimeter.

3. System for carrying out distributed load tests on membranes according to claim 1, characterized by bracing elements that brace the membrane in two parallel directions and allow the vertical displacement of the membrane in the other two directions perpendicular to the previous ones. .

4. System for carrying out distributed load tests on membranes according to claim 1, characterized in that said means for measuring the applied load are a pressure cell.

5. System for carrying out distributed load tests on membranes according to claim 1, characterized in that said means for measuring vertical displacement at various points of the membrane are a wire meter and several displacement transducers.

6. System for conducting tests of concentrated load on membranes, according to claim 1, characterized in that said means for measuring the applied load are a pressure cell and the means for measuring vertical displacement at various points of the membrane are a wire meter and several displacement transducers.

7. System for conducting tests of concentrated load on membranes, according to claim 1, characterized in that the data recording means are a digital sensor and a signal conditioning module that record the applied force on the membrane and the vertical displacements in The same moment.