DE10112986A1 - Geosynthetik-Geomaterial-Prüfgerät - Google Patents
Geosynthetik-Geomaterial-PrüfgerätInfo
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Abstract
Prüfgerät, insbesondere zur Prüfung des Deformationsverhaltens von Geomaterialien, Geokunststoffen sowie von Verbundsystemen aus Geomaterialien und Geokunststoffen - mit mechanisch sauberen Randbedingungen -. Die Untersuchung erfolgt optional im "Scherversuch" und/oder "Ausziehversuch". DOLLAR A Das zu prüfende Material oder Materialverbund wird in einem, aus einem vertikal frei beweglichen oberen Scherrahmen (7) und einem vertikal frei beweglichen unteren Scherrahmen (8) gebildeten Probenteil des oberen Scherrahmens (7b) und Probenteil des unteren Scherrahmens (8b) installiert, durch eine obere Belastungseinheit (3) und eine untere Belastungseinheit (4) gegen einen gegeneinander horizontal verfahrbaren oberen Belastungsrahmen (1) und unteren Belastungsrahmen (2) normal zur Scherebene (47) sowie durch horizontales Verschieben des oberen Scherrahmens (7) und des unteren Scherrahmens (8) zueinander tangential zur Scherebene (47) derart belastet, dass an den freien äußeren Rändern des geprüften Materials in horizontaler Richtung rein kinematische und in vertikaler Richtung rein kinematische Randbedingungen wirksam werden. DOLLAR A Untersuchung der Interaktion und/oder Prüfung des Deformationsverhaltens von Geomaterialien und/oder Geokunststoffen.
Description
Prüfgerät zur Untersuchung der Interaktion - insbesondere zur Prüfung des Deformationsverhal
tens - von Geomaterialien, Geokunststoffen sowie von Verbundsystemen aus Geomaterialien und
Geokunststoffen, mit integrierter Ausziehversuchseinrichtung.
Erdverlegte Geokunststoffe haben tragfähigkeits- und standsicherheitserhöhende Eigenschaften.
Diese genannten Eigenschaften beruhen auf der Kraftübertragung vom umgebenden Füllboden
in die zugfesten Bewehrungen aus Geokunststoffen. Die Kraftübertragung erfolgt durch Rei
bung, Verzahnung und/oder Adhäsion zwischen Bewehrung und Füllboden. Um die positiven
Eigenschaften der Geokunststoffe in Anspruch nehmen zu können, muss die Interaktion zwi
schen den erdverlegten Geokunststoffen und dem angrenzenden Erdstoff genauestens ermittelt
werden.
In der Geotechnik werden zur Untersuchung des Grenzflächenverhaltens zwischen Geomateria
lien und/oder Geokunststoffen Rahmenschergeräte mit Mindesteinbaumaß von 300 mm × 300 mm
und Kreisringschergeräte benutzt. Ferner sind auch Ausziehversuche und Kippversuche üb
lich.
Bei den klassischen Rahmenschergeräten werden die Probekörper in einen in der waagerechten
zweiteiligen Rahmen eingebaut. Die Konsolidierung erfolgt eindimensional über eine auf den
oberen Probekörper aufgebrachte Normalspannung. Die Scherfläche wird unter konstanter Nor
malspannung durch Relativverschiebung zwischen einem festgehaltenen und einem verschiebli
chen Teil erzeugt.
Bei den bekannten Einrichtungen ist es nachteilig, dass die durch die Relativverschiebung zwi
schen dem Scherkasten und dem Probekörper mobilisierte Seitenreibung nicht vollständig her
abgemindert werden kann.
Ein wesentlicher Nachteil der konventionellen Rahmenschergeräte ist, dass die zwischen zwei
Bodenschichten eingebetteten Geokunststoffmessproben durch die einseitig aufgebrachte Nor
malspannung nicht exakt in der Scherebene liegen, vielmehr werden die Geotextilien in die unte
re Scherkastenhälfte eingerückt [TAKASUMI, D. L ET. AL. (1991): Soil-Geosynthetics Interface
Strength Characteristics: A Review of State-of-the-Art Testing Procedures. Geosynthetics' 97
Conference Atlanta, USA, pp. 87-100]. Außerdem wird selten der Scherspalt während des Ver
suches exakt eingefordert.
Bei den herkömmlichen Rahmenschergeräten kann ferner die Scherkraft nicht kippmomentfrei
weitgehend in die Scherebene geleitet werden. Weiterhin ist bei diesen Einrichtungen nachteilig,
dass die Verdichtung des Bodens im Scherrahmen - ungünstig - auf den Lagern oder auf einem
externen Einbautisch erfolgt, wobei zum freien Heben der schweren Scherkästen ein Hebegerät
benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät zu entwickeln, mit dem das Grenzflä
chenverhalten - insbesondere das Deformationsverhalten - von Geomaterialien, Geokunststoffen
sowie von Verbundsystemen aus Geomaterialien und Geokunststoffen - mit mechanisch saube
ren Randbedingungen - bestimmt werden kann. Die Untersuchung erfolgt optional im "Scherver
such" und/oder "Ausziehversuch".
Das erfindungsgemäße Prüfgerät sichert mechanisch saubere kinematische und kinetische Rand
bedingungen im geprüften Material oder Materialverbund. Das Prüfgerät bietet die besonderen
Vorteile, dass die Lage von Geosynthetikschichten bei der Untersuchung von Geosynthetik-
Geomaterial-Verbundsystemen durch den Konsolidationsvorgang bei der Versuchsvorbereitung
nur geringfügig beeinflusst wird, die negativen Effekte aus der Wandreibung auf das Versuchs
ergebnis eliminiert werden können, eine exakt lineare Bewegung der Scherrahmen zueinander in
horizontaler Richtung eingefordert wird und eine Reihe, gegenüber der heutigen Geosynthetik-
Prüfpraxis, innovativerer Scher- und Ausziehversuchsarten ermöglicht werden.
Die Aufgabe wird durch ein Rahmenschergerät mit einem speziell ausgebildeten Rahmen gelöst.
Das erfindungsgemäße Prüfgerät besteht aus einem verkippungsfreien, horizontal geführten, ge
geneinander verschiebbaren oberen und unteren Belastungsrahmen, die über ein Hubwerk in der
Höhe verstellt und die horizontale Translation durch eine Arretierung zum Grundgerüst des
Prüfgerätes unterbunden werden können. Die Belastungsrahmen enthalten jeweils eine obere und
untere Scherrahmeneinheit. Diese bestehen je aus einem vertikal beweglichen - schwebenden -
Scherrahmen, die jeweils aus einem Belastungs- und einem Probenteil bestehen, die zueinander
und zum Belastungsrahmen arretierbar sind. Jede Einheit enthält eine voneinander entkoppelte
Belastungseinheit zur Aufbringung der Normalspannung, ein Scherwiderlager, Filtersteine, die
mit der Entwässerungsöffnung an der Gerätewandung mit Dränagebohrungen verbunden sind,
sowie seitliche Normalspannungswiderlager und Spannrahmen.
Weitere Bestandteile des Prüfgerätes sind neben der Wasserwanne und einer starren Grundplatte,
eine feste, einbautischseitige und horizontal bewegliche, antriebsseitige Klemmbacke zur rutsch
sicheren Verbindung der geprüften Geokunststoffe. Die antriebsseitige Klemmbacke kann bei
Bedarf an die Antriebsstange angeschlossen werden, wo normalerweise eine Vorrichtung zum
Ziehen der oberen und/oder unteren Belastungsrahmen befestigt ist. Der Antrieb kann kraft- oder
vorschubgesteuert mit konstanter oder variabler Geschwindigkeit sowie ziehend oder drückend
betrieben werden. Zum Einbauen und Verdichten der zu untersuchenden Geomaterialproben
werden die Probenteile der Scherrahmen über eine Transportschiene auf einen Arbeitstisch ge
führt.
Das erfindungsgemäße Prüfgerät beinhaltet einen an der Antriebsstange angeordneten Kraftauf
nehmer und einen Wegaufnehmer zur Messung der resultierenden Tangentialkraft in der Scher
ebene und des gefahrenen Scherweges. Weitere vier Kraftaufnehmer sind auf dem Wagen des
Linearlagers der Horizontalführung des oberen Belastungsrahmens, genau in der Scherebene, zur
Messung der resultierenden Normalkraft in der Scherebene angebracht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Prüfgerät zeichnet sich durch eine leichte Bedienbarkeit, verbesserten
Kraftfluss sowie ertüchtigter Konsolidationsmethodik insbesondere beim Ausziehversuch aus.
Ein großer Vorteil der Erfindung liegt in der günstigeren Versuchslogistik, da der Betrieb des
Prüfgerätes den Bedarf zum freien Heben von großen Massen nicht erfordert.
Das erfindungsgemäße Prüfgerät ermöglicht Scher- und Ausziehversuche mit leicht reproduzier
baren Randbedingungen mit folgenden Einsatzbedingungen:
- - Probenfläche: 500 mm × 500 mm
- - Variation der Vertikalspannungen in bauwerkstypischen Bereichen (0 . . . 600 kPa)
- - Einseitige oder beidseitige Aufbringung der Normalspannung
- - Kraft- oder vorschubgesteuerte mit konstanter oder variabler Geschwindigkeit sowie zie hend oder drückend betriebener Scherung
- - maximale Zugkraft bzw. Druckkraft in Schubrichtung: 125 kN
- - Maximaler Verfahrweg in Schubrichtung: 200 mm
- - Horizontal schwebende und/oder fixierte Scherkästen
- - Stufenlose Scherspaltweite: min. 0 . . . 50 mm
- - Beprobung von Geomaterialien und/oder Geokunststoffen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den
zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Querschnitt des Prüfgerätes;
Fig. 2 Längsschnitt des Prüfgerätes;
Fig. 3A-3I Versucharten.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht das Prüfgerät aus einer Arbeitskammer 34, die durch
eine starre Grundplatte 32 und eine Wasserwanne 33 begrenzt ist. Außerhalb der Arbeitskammer
34 befindet sich der Antrieb 45, welcher eine Scherung bzw. Ausziehung bewirkt, außerdem die
hier nicht dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung des Drucks in der oberen Belastungseinheit 3
und der unteren Belastungseinheit 4, sowie die Anlagen und Rechner zur Messwerterfassung und
Auswertung. Innerhalb der Arbeitskammer 34 befindet sich eine an das Grundgerüst 46 des
Prüfgerätes befestigte einbautischseitige Klemmbacke 40, ein Arbeitstisch 39, auf der der Probe
teil des oberen Scherrahmens 7b und der Probeteil des unteren Scherrahmens 8b vorbereitet wer
den, eine an den Antrieb 45 angeschlossene Antriebsstange 42, an die ein Kraftaufnehmer zur
Messung der resultierenden Tangentialkraft 43 in der Scherebene 47 und ein Wegaufnehmer 44
zur Messung des Scherweges angebracht ist. Ferner wird an das Ende der Antriebstange 42, je
nach Versuchsregime, eine antriebseitige Klemmbacke 41 oder eine Vorrichtung zum Ziehen
oder Drücken des oberen Belastungsrahmens 1 und/oder des unteren Belastungsrahmens 2 an
montiert. In der Arbeitskammer 34 befindet sich ein verkippungsfreier, horizontal geführter, ge
geneinander verschiebbarer oberer Belastungsrahmen 1 und unterer Belastungsrahmen 2, der
über ein Hubwerk 24 in der Höhe verstellt und die horizontale Translation durch eine Arretie
rung zum Grundgerüst 46 des Prüfgerätes unterbunden werden können. Zur Erfassung der tat
sächlichen Spannungen in der Scherebene 47 sind auf dem Wagen des Linearlagers der Horizon
talführung des oberen Belastungsrahmens 26 vier Kraftaufnehmer zur Messung der resultieren
den Normalkraft 25 in der Scherebene 47 angebracht. In dem oberen Belastungsrahmen 1 ist eine
obere Scherrahmeneinheit und im unteren Belastungsrahmen 2 ist eine untere Scherrahmenein
heit untergebracht. Die obere Scherrahmeneinheit besteht aus einem vertikal beweglichen -
schwebenden - oberen Scherrahmen 7, der wiederum aus einem Belastungsteil des oberen Scher
rahmens 7a und einem Probenteil des oberen Scherrahmens 7b besteht. Die obere Scherrahmen
einheit besteht zudem aus einer oberen Belastungseinheit 3, einem oberen Scherwiderlager 5,
oberen Filtersteinen 11, die mit der oberen Entwässerungsöffnung 12 an der Gerätewandung mit
Dränagebohrungen verbunden sind, sowie aus seitlichen Normalspannungswiderlagern des obe
ren Scherrahmens 36, Wagen des Linearlagers der Vertikalführung des oberen Scherrahmens 19,
Transportwagen des oberen Scherrahmens 21 und einem oberen Spannrahmen 9. Die untere
Scherrahmeneinheit besteht aus einem vertikal beweglichen - schwebenden - unteren Scherrah
men 8, der wiederum aus einem Belastungsteil des unteren Scherrahmens 8a und einem Proben
teil des unteren Scherrahmens 8b besteht. Die untere Scherrahmeneinheit besteht zudem aus ei
ner unteren Belastungseinheit 4, einem unteren Scherwiderlager 6, unteren Filtersteinen 13, die
mit der unteren Entwässerungsöffnung 14 an der Gerätewandung mit Dränagebohrungen ver
bunden sind, sowie aus seitlichen Normalspannungswiderlagern des unteren Scherrahmens 38,
Wagen des Linearlagers der Vertikalführung des unteren Scherrahmens 20, Transportwagen des
unteren Scherrahmens 23 und einem unteren Spannrahmen 10.
Die zwischen dem oberen Belastungsrahmen 1 und unteren Belastungsrahmen 2 während des
Versuches eintretende Relativverschiebung ist über den Wagen des Linearlagers der Horizontal
führung des oberen Belastungsrahmens 26 sowie die Schiene des Linearlagers der Horizontal
führung des oberen Belastungsrahmens 27 möglich, ferner ist die zwischen dem Grundgerüst 46
und unteren Belastungsrahmen 2 während des Versuches eintretende Relativverschiebung über
den Wagen des Linearlagers der Horizontalführung des unteren Belastungsrahmens 28 sowie die
Schiene des Linearlagers der Horizontalführung des unteren Belastungsrahmens 29 möglich, die
sämtliche Kraftkomponenten, außer in Schubrichtung, aufnehmen kann. Der Verbund aus dem
oberen Belastungsrahmen 1 und unteren Belastungsrahmen 2 sowie die im oberen Belastungs
rahmen 1 untergebrachte obere Scherrahmeneinheit sowie die im unteren Belastungsrahmen 2
untergebrachte untere Scherrahmeneinheit wird zum Heben und Senken mit einem Hubwerk 24
versehen. Durch Anheben des Verbundes ist das Herausfahren des Probenteils des oberen Scher
rahmens 7b und des Probenteils des unteren Scherrahmens 8b - einzeln oder zusammen - über die
an dem oberen Scherrahmen 7 angebrachten Transportwagen des oberen Scherrahmens 21 und
an dem unteren Scherrahmen 8 angebrachten Transportwagen des oberen Scherrahmens 23 so
wie über die Transportschiene 22 auf einen Einbautisch 39 möglich, wo Ein- und Ausbauarbei
ten vorgenommen werden. Zum Überführen des eingebauten Probenteiles des oberen Scherrah
mens 7b oder des eingebauten Probenteiles des unteren Scherrahmens 8b in den oberen Belastungsrahmen
1 oder in den unteren Belastungsrahmen 2 wird ein Hilfsblech benutzt. Die Höhe
des Krafteintrags kann durch Anheben des Verbundes des oberen Belastungsrahmens 1 sowie
des unteren Belastungsrahmens 2 weitestgehend - kippmomentfrei - in die Höhe der Scherebene
47 eingestellt werden.
Zur Verminderung der Reibungseinflüsse zwischen dem oberen Probenkörper 15 und dem Pro
benteil des oberen Scherrahmens 7b sowie der unteren Probenkörper 16 und der Probenteil des
unteren Scherrahmens 8b wird dem oberen Scherrahmen 7 wie auch dem unteren Scherrahmen 8
die Möglichkeit einer vertikalen Bewegung während des Versuches gegeben, womit sich die
Scherspaltweite versuchsbedingt einstellen kann. Zu diesem Zweck wird der obere Scherrahmen
7 über den Wagen des Linearlagers der Vertikalführung des oberen Scherrahmens 19 und über
die am oberen Belastungsrahmen 1 angebrachte Schiene des Linearlagers der Vertikalführung
des oberen Belastungsrahmens 17, ferner der untere Scherrahmen 8 über den Wagen des Linear
lagers der Vertikalführung des unteren Scherrahmens 20 und über die am unteren Belastungs
rahmen 2 angebrachte Schiene des Linearlagers der Vertikalführung des unteren Belastungsrah
mens 18 geführt. Durch Arretierung des oberen Scherrahmens 7 wie auch des unteren Scherrah
mens 8 mit der Vorrichtung zum Arretieren der oberen Scherrahmenhälften 35 sowie der Vor
richtung zum Arretieren der unteren Scherrahmenhälften 37 zueinander, ferner zum oberen Be
lastungsrahmen 1 wie auch zum unteren Belastungsrahmen 2 mit dem Gewindestift zum Arretie
ren des oberen Scherrahmens 30 sowie dem Gewindestift zum Arretieren des unteren Scherrah
mens 31, kann das kontrollierte Einstellen und exakte Einfordern einer Scherspaltweite während
der gesamten Versuchsdurchführung erfolgen. Das Eigengewicht des oberen Scherrahmens 7
und unteren Scherrahmens 8 wird mittels Gegengewichte kompensiert.
Homogene Belastungsbedingungen in dem untersuchten Geosynthetik-Lockergesteinsverbund
werden durch Anwendung der oberen Belastungseinheit 3 und der unteren Belastungseinheit 4
geschaffen. Die Befestigung der oberen Belastungseinheit 3 erfolgt auf dem oberen Belastungs
rahmen 1 und die der unteren Belastungseinheit 4 erfolgt auf dem unteren Belastungsrahmen 2.
Damit können störende Vertikalverschiebungseffekte in der Konsolidationsphase auch zum gro
ßen Teil abgewendet werden, die sich insbesondere beim Interaktionsversuch Geomaterial-
Geosynthetik-Geomaterial sowie beim Ausziehversuch vorteilhaft auswirken. Durch Demontage
der unteren Belastungseinheit 4 kann die Belastung auf die obere Belastungseinheit 3 und Span
nungseintrag an der oberen freien Oberfläche der oberen Probekörper 15 zurückgerüstet werden,
was bei der Untersuchung der Reibung zwischen Geomaterial im Probenteil des oberen Scherrahmens
7b und einer auf festem Material aufgespannten Geosynthetik im Probenteil des unteren
Scherrahmens 8b erforderlich wird. Um die Ausschnürung der oberen Belastungseinheit 3 sowie
der unteren Belastungseinheit 4 zu verhindern, wird der obere Scherrahmen 7 in einen Belas
tungsteil des oberen Scherrahmens 7a und einen Probenteil des oberen Scherrahmens 7b geteilt
und für den Versuch mit einer Vorrichtung zum Arretieren der oberen Scherrahmenhälften 35
zueinander befestigt, entsprechend wird der untere Scherrahmen 8 in einen Belastungsteil des
unteren Scherrahmens 8a und einen Probenteil des unteren Scherrahmens 8b geteilt und für den
Versuch mit einer Vorrichtung zum Arretieren der unteren Scherrahmenhälften 37 zueinander
befestigt. Die Beaufschlagung der oberen Belastungseinheit 3 und der unteren Belastungseinheit
4 wird mit zwei, voneinander völlig separaten Drucksystemen realisiert. Der Schubspannungs
eintrag in den oberen Probenkörper 15 sowie in den unteren Probenkörper 16 erfolgt über das
obere Scherwiderlager 5 und das untere Scherwiderlager 6 an der oberen freien Oberfläche des
oberen Probenkörpers 15 und an der unteren freien Oberfläche des unteren Probenkörpers 16.
Damit wird an den Lasteintragsstellen des oberen Probenkörpers 15 und des unteren Probenkör
pers 16 eine reine Spannungsrandbedingung sowohl in Normal- als auch in Tangentialrichtung
wirkungsvoll unterstützt.
Der obere Scherrahmen 7 wie auch der untere Scherrahmen 8 wird nach Bedarf in Schubrichtung
mit einem seitlichen Normalspannungswiderlager des oberen Scherrahmens 36 und mit einem
seitlichen Normalspannungswiderlager des unteren Scherrahmens 38 versehen, die als Normal
spannungswiderlager bei hohen Scherwegen wirksam werden, womit eine Verschiebung in Zug
richtung ohne Freilegung des geprüften Materials möglich wird. Die seitlichen Normalspan
nungswiderlager des oberen Scherrahmens 36 und die seitlichen Normalspannungswiderlager
des unteren Scherrahmens 38 werden montierbar und demontierbar ausgeführt, womit davon
ausgehende störende Einflüsse bei Versuchen, in denen sie nicht benötigt werden, vermieden
werden können. Die Anwendung der seitlichen Normalspannungswiderlager wird in den Ver
suchsarten verdeutlicht.
Zur Verhinderung von Einschnürungseffekten der geprüften Geokunststoffe beim Scheren wer
den diese auf den oberen Spannrahmen 9 und den unteren Spannrahmen 10 aufgespannt. Je nach
der durchzuführenden Versuchsart wird der obere Spannrahmen 9 an dem Probenteil des oberen
Scherrahmens 7b und/oder der untere Spannrahmen 10 an dem Probenteil des unteren Scherrah
mens 8b befestigt. Ferner werden bei Ausziehversuchen die zu untersuchenden Geosynthetiklagen
an die einbautischseitige Klemmbacke 40 und/oder antriebsseitige Klemmbacke 41 rutschsi
cher verbunden.
Der obere Scherrahmen 7 und der untere Scherrahmen 8 können bedarfsweise sowohl für Scher-
als auch für Ausziehversuche vollständig geflutet werden. Um eine ausreichende Entwässerung
nach oben und unten von Versuchsreihen mit teil- bzw. gesättigtem Probenmaterial zu gewähr
leisten, sind in dem Probenteil des oberen Scherrahmens 7b obere Filtersteine 11 angeordnet, die
mit der oberen Entwässerungsöffnung 12 an der Gerätewandung mit Dränagebohrungen verbun
den sind, ferner sind in dem Probenteil des unteren Scherrahmens 8b untere Filtersteine 13 ange
ordnet, die mit der unteren Entwässerungsöffnung 14 an der Gerätewandung mit Dränageboh
rungen verbunden sind.
Die Scher- bzw. Ausziehkraft wird über die am Antrieb 45 angeschlossene Antriebsstange 42
eingeleitet. Die Scherung erfolgt kraft- oder vorschubgesteuert mit konstanter oder variabler Ge
schwindigkeit. Für die Untersuchung des hysteretischen Scherverhaltens von Geokunststoff-
Lockergesteins-Verbundsystemen ist die Verschiebungsrichtung umkehrbar.
Die Instrumentation des erfindungsgemäßen Prüfgerätes für erweiterte Messaufgaben erfolgt mit
einer speziellen messtechnischen Ausrüstung nachträglich. Das elektronische System der Ver
suchseinrichtung stellt für diese messtechnischen Aufnehmer eine Infrastruktur bereit. Die Da
tenerfassung wird mit einem gesonderten Messdatensammler abgewickelt und zur Überwachung,
Berechnung und Auswertung in einen Rechner eingespeist.
Wie aus Fig. 3A bis 3I ersichtlich ist, ermöglicht das erfindungsgemäße Prüfgerät eine Vielzahl
von Versucharten.
Fig. 3A veranschaulicht das Prinzip der Versuchsart Geomaterial-Geomaterial-Scherversuch.
Bei dieser Versuchart wird das untersuchte Geomaterial durch Verschieben des oberen Belas
tungsrahmens 1 und des unteren Belastungsrahmens 2 zueinander abgeschert. Schubspannungen
werden durch Ziehen oder Drücken am oberen Belastungsrahmen 1 oder unteren Belastungs
rahmen 2 eingetragen. Der nicht bewegte Belastungsrahmen wird während des Versuches zum
Grundgerüst 46 des Prüfgerätes arretiert. Die Normalspannung wird wahlweise über die obere
Belastungseinheit 3 in den oberen Probenkörper 15 und/oder über die untere Belastungseinheit 4
in den unteren Probenkörper 16 eingetragen. Der Einbau der untersuchten Geomaterialprobe
erfolgt auf dem Einbautisch 39 in den Probenteil des oberen Scherrahmens 7b und Probenteil des
unteren Scherrahmens 8b gleichzeitig. Zum Überführen des eingebauten Probenteils des oberen
Scherrahmens 7b und des Probenteils des unteren Scherrahmens 8b gleichzeitig in den oberen
Belastungsrahmen 1 sowie unteren Belastungsrahmen 2 wird ein Hilfsblech benutzt.
Fig. 3B veranschaulicht die Versuchsart Geomaterial-Geosynthetik-Scherversuch. Hierbei
wird das untersuchte Geomaterial im oberen Belastungsrahmen 1 über den im unteren Belas
tungsrahmen 2 auf einer festen Unterlage aufgespannten Geosynthetikschicht bewegt. Schub
spannungen werden durch Ziehen oder Drücken am oberen Belastungsrahmen 1 eingetragen.
Der untere Belastungsrahmen 2 wird während des Versuches zum Grundgerüst 46 des Prüfgerä
tes arretiert. Die Normalspannung wird über die obere Belastungseinheit 3 in den oberen Pro
benkörper 15 eingetragen. Die untere Belastungseinheit 4 im unteren Belastungsrahmen 2 wird
zum Versuch entfernt. Der Einbau der untersuchten Geomaterialprobe erfolgt auf dem Einbau
tisch 39 in den Probenteil des oberen Scherrahmens 7b. Zum Überführen des eingebauten Pro
benteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 wird ein Hilfsblech be
nutzt. Im unteren Scherrahmen 8 wird eine verformungsarme Hilfskonstruktion (Block) einge
legt.
Fig. 3C illustriert die Versuchsart Geomaterial-Geosynthetik-Geomaterial-Scherversuch.
Im Versuch wird ein Verbund aus Geomaterial, Geosynthetik und Geomaterial durch Verschie
ben des oberen Belastungsrahmens 1 und des unteren Belastungsrahmens 2 zueinander derart
abgeschert, dass sich eine oder mehrere Geosynthetiklage(n) exakt in der Scherebene 47 befin
den. Schubspannungen werden durch Ziehen oder Drücken am oberen Belastungsrahmen 1 oder
unteren Belastungsrahmen 2 eingetragen. Der nicht bewegte Belastungsrahmen wird während
des Versuches zum Grundgerüst 46 des Prüfgerätes arretiert. Die Normalspannung wird wahl
weise über die obere Belastungseinheit 3 in den oberen Probenkörper 15 und/oder über die unte
re Belastungseinheit 4 in den unteren Probenkörper 16 eingetragen. Der Einbau der untersuchten
Geomaterialprobe erfolgt auf dem Einbautisch 39 in den Probenteil des unteren Scherrahmens 8b
und anschließend in den Probenteil des oberen Scherrahmens 7b getrennt. Zum Überführen des
eingebauten Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2 wie
auch des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 wird ein
Hilfsblech benutzt. Der Einbau der geprüften Geosynthetiklage(n) wird zwischen der Installation
des Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2 sowie des Pro
benteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 vorgenommen. Die geprüften
Geosynthetiklage(n) werden in den unteren Spannrahmen 10 oder oberen Spannrahmen 9
fest eingespannt und um den Probenteil des unteren Scherrahmens 8b oder Probenteil des oberen
Scherrahmens 7b passend angelegt und daran befestigt.
Fig. 3D veranschaulicht das Prinzip der Versuchsart Geomaterial-Geosynthetik-Geosynthetik
-Geomaterial-Interaktionsversuch. Bei dieser Versuchsvariante wird ein Verbund aus Geoma
terial und Geosynthetik gegen einen Verbund aus Geosynthetik und Geomaterial durch Ver
schieben des oberen Belastungsrahmens 1 und des unteren Belastungsrahmens 2 zueinander der
art abgeschert, dass sich die Geosynthetiklagen exakt in der Scherebene 47 befinden. Schub
spannungen werden durch Ziehen oder Drücken am oberen Belastungsrahmen 1 oder unteren
Belastungsrahmen 2 eingetragen. Der nicht bewegte Belastungsrahmen wird während des Versu
ches zum Grundgerüst 46 des Prüfgerätes arretiert. Die Normalspannung wird wahlweise über
die obere Belastungseinheit 3 in den oberen Probenkörper 15 und/oder über die untere Belas
tungseinheit 4 in den unteren Probenkörper 16 eingetragen. Der Einbau der untersuchten Geoma
terialprobe erfolgt auf dem Einbautisch 39 in den Probenteil des unteren Scherrahmens 8b und
anschließend in den Probenteil des oberen Scherrahmens 7b getrennt. Zum Überführen des ein
gebauten Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2 wie auch
des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 wird ein Hilfs
blech benutzt. Der Einbau der geprüften Geosynthetiklage(n) wird zwischen der Installation des
Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2 sowie des Proben
teils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 vorgenommen. Die geprüf
ten Geosynthetiklage(n) werden in den unteren Spannrahmen 10 und oberen Spannrahmen 9 fest
eingespannt und um den Probenteil des unteren Scherrahmens 8b und Probenteil des oberen
Scherrahmens 7b passend angelegt und daran befestigt.
Fig. 3E charakterisiert die Versuchsart Geomaterial-Geosynthetik-Geomaterial-Überzieh
versuch. Im Versuch wird ein Verbund aus Geomaterial, Geosynthetik und Geomaterial durch
Ziehen des oberen Belastungsrahmens 1 über den an der einbautischseitigen Klemmbacke 40
gespannten Geosynthetikschicht derart abgeschert, dass sich eine oder mehrere Geosynthetikla
ge(n) exakt in der Scherebene 47 befinden und der untere Belastungsrahmen 2 in seiner Bewe
gung nicht gehindert wird. Schubspannungen werden durch Ziehen am oberen Belastungsrahmen
1 eingetragen. Die Normalspannung wird wahlweise über die obere Belastungseinheit 3 in den
oberen Probenkörper 15 und/oder über die untere Belastungseinheit 4 in den unteren Probenkörper
16 eingetragen. Der Einbau der untersuchten Geomaterialprobe erfolgt auf dem Einbautisch
39 in den Probenteil des unteren Scherrahmens 8b und anschließend in den Probenteil des oberen
Scherrahmens 7b getrennt. Zum Überführen des eingebauten Probenteils des unteren Scherrah
mens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2 wie auch des Probenteils des oberen Scherrahmens
7b in den oberen Belastungsrahmen 1 wird ein Hilfsblech benutzt. Der Einbau der geprüften
Geosynthetiklage(n) wird zwischen der Installation des Probenteils des unteren Scherrahmens 8b
in den unteren Belastungsrahmen 2 sowie des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den
oberen Belastungsrahmen 1 vorgenommen. Die geprüften Geosynthetiklage(n) werden an der
einbautischseitigen Klemmbacke 40 befestigt, die fest gelagert ist.
Fig. 3F veranschaulicht die Versuchsart Geomaterial-Geosynthetik-Geomaterial-Auszieh
versuch. Bei dieser Versuchart wird/werden eine oder mehrere Geosynthetiklage(n) aus einem
Geomaterialverbund in dem oberen Belastungsrahmen 1 und dem unteren Belastungsrahmen 2 in
eine Richtung derart herausgezogen, dass sich die Geosynthetiklage(n) exakt in der Scherebene
47 befinden. Schubspannungen werden durch Ziehen an der Geotextillage(n) eingetragen. Der
nicht bewegte obere Scherrahmen 7 sowie untere Scherrahmen 8 wird während des Versuches
zueinander und zum oberen Belastungsrahmen 1 ferner zum unteren Belastungsrahmen 2 arre
tiert, die wiederum zum Grundgerüst 46 des Prüfgerätes arretiert werden. Die Normalspannung
wird wahlweise über die obere Belastungseinheit 3 in den oberen Probenkörper 15 und/oder über
die untere Belastungseinheit 4 in den unteren Probenkörper 16 eingetragen. Der Einbau der un
tersuchten Geomaterialprobe erfolgt auf dem Einbautisch 39 in den Probenteil des unteren
Scherrahmens 8b und anschließend in den Probenteil des oberen Scherrahmens 7b getrennt. Zum
Überführen des eingebauten Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungs
rahmen 2 wie auch des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen
1 wird ein Hilfsblech benutzt. Der Einbau der geprüften Geosynthetiklage(n) wird zwischen der
Installation des Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2
sowie des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 vorge
nommen. Zum Ausziehversuch werden die geprüften Geosynthetiklage(n) an der antriebsseitigen
Klemmbacke 41 befestigt, die verfahrbar ist.
Fig. 3G stellt die Versuchsart Geomaterial-Geosynthetik-Geomaterial-Durchzugversuch
dar. Im Versuch wird/werden eine oder mehrere Geosynthetiklage(n) in einem Geomaterialver
bund in dem oberen Belastungsrahmen 1 und dem unteren Belastungsrahmen 2 in eine Richtung
derart gezogen, dass sich die Geosynthetiklage(n) exakt in der Scherebene 47 befinden. Schubspannungen
werden durch Ziehen an der Geotextillage(n) eingetragen. Der nicht bewegte obere
Scherrahmen 7 sowie untere Scherrahmen 8 wird während des Versuches zueinander und wahl
weise zum oberen Belastungsrahmen 1 ferner zum unteren Belastungsrahmen 2 arretiert, die
wiederum zum Grundgerüst 46 des Prüfgerätes arretiert werden. Die Normalspannung wird
wahlweise über die obere Belastungseinheit 3 in den oberen Probenkörper 15 und/oder über die
untere Belastungseinheit 4 in den unteren Probenkörper 16 eingetragen. Der Einbau der unter
suchten Geomaterialprobe erfolgt auf dem Einbautisch 39 in den Probenteil des unteren Scher
rahmens 8b und anschließend in den Probenteil des oberen Scherrahmens 7b getrennt. Zum Ü
berführen des eingebauten Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren
Belastungsrahmen 2 wie auch des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen
Belastungsrahmen 1 wird ein Hilfsblech benutzt. Der Einbau der geprüften Geosynthetiklage(n)
wird zwischen der Installation des Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren
Belastungsrahmen 2 sowie des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen
Belastungsrahmen 1 vorgenommen. Zum Durchzugversuch werden die geprüften
Geosynthetiklage(n) an der fest gelagerten, einbautischseitigen Klemmbacke 40 und an der
verfahrbaren, antriebsseitigen Klemmbacke 41 befestigt.
Fig. 3H veranschaulicht die Versuchsart Geomaterial-Geosynthetik-Geomaterial-Überlap
pungsversuch. Im Versuch wird/werden zwei oder mehrere Geosynthetiklagen in einem Geoma
terialverbund in dem oberen Belastungsrahmen 1 und dem unteren Belastungsrahmen 2 in eine
Richtung derart gezogen, dass sich die Geosynthetiklagen exakt in der Scherebene 47 befinden.
Schubspannungen werden durch Ziehen an der Geotextillage(n) eingetragen. Der nicht bewegte
obere Scherrahmen 7 sowie untere Scherrahmen 8 wird während des Versuches zueinander und
zum oberen Belastungsrahmen 1 ferner zum unteren Belastungsrahmen 2 arretiert, die wiederum
zum Grundgerüst 46 des Prüfgerätes arretiert werden. Die Normalspannung wird wahlweise über
die obere Belastungseinheit 3 in den oberen Probenkörper 15 und/oder über den unteren Belas
tungseinheit 4 in die untere Probenkörper 16 eingetragen. Der Einbau der untersuchten Geomate
rialprobe erfolgt auf dem Einbautisch 39 in den Probenteil des unteren Scherrahmens 8b und
anschließend in den Probenteil des oberen Scherrahmens 7b getrennt. Zum Überführen des ein
gebauten Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2 wie auch
des Probenteils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 wird ein Hilfs
blech benutzt. Der Einbau der geprüften Geosynthetiklage(n) wird zwischen der Installation des
Probenteils des unteren Scherrahmens 8b in den unteren Belastungsrahmen 2 sowie des Proben
teils des oberen Scherrahmens 7b in den oberen Belastungsrahmen 1 vorgenommen. Zum Überlappungsversuch
werden die geprüften Geosynthetiklage(n) an der fest gelagerten, einbautisch
seitigen Klemmbacke 40 und an der verfahrbaren, antriebsseitigen Klemmbacke 41 befestigt.
Fig. 31 charakterisiert die Versuchsart Geosynthetik-Einschnürungsversuch. Zum Einschnü
rungsversuch wird die geprüfte Geosynthetiklage an der fest gelagerten, einbautischseitigen
Klemmbacke 40 und an der verfahrbaren, antriebsseitigen Klemmbacke 41 befestigt. Zugdeh
nungen in der Geotextillage werden durch Ziehen an der antriebsseitigen Klemmbacke 41 einge
tragen.
Bei leichter Veränderung der Versuchsrandbedingungen können mit dem erfindungsgemäßen
Prüfgerät weitere Versuchsarten durchgeführt werden.
1
oberer Belastungsrahmen
2
unterer Belastungsrahmen
3
obere Belastungseinheit
4
untere Belastungseinheit
5
oberer Scherwiderlager
6
unterer Scherwiderlager
7
oberer Scherrahmen
7
a Belastungsteil des oberen Scherrahmens
7
b Probenteil des oberen Scherrahmens
8
unterer Scherrahmen
8
a Belastungsteil des unteren Scherrahmens
8
b Probenteil des unteren Scherrahmens
9
oberer Spannrahmen
10
unterer Spannrahmen
11
oberer Filterstein
12
obere Entwässerungsöffnung
13
unterer Filterstein
14
untere Entwässerungsöffnung
15
oberer Probenkörper
16
unterer Probenkörper
17
Schiene des Linearlagers der Vertikalführung des oberen Belastungsrahmens
18
Schiene des Linearlagers der Vertikalführung des unteren Belastungsrahmens
19
Wagen des Linearlagers der Vertikalihrung des oberen Scherrahmens
20
Wagen des Linearlagers der Vertikalführung des unteren Scherrahmens
21
Transportwagen des oberen Scherrahmens
22
Transportschiene
23
Transportwagen des unteren Scherrahmens
24
Hubwerk
25
Kraftaufnehmer zur Messung der resultierenden Normalkraft
26
Wagen des Linearlagers der Horizontalführung des oberen Belastungsrahmens
27
Schiene des Linearlagers der Horizontalführung des oberen Belastungsrahmens
28
Wagen des Linearlagers der Horizontalführung des unteren Belastungsrahmens
29
Schiene des Linearlagers der Horizontalführung des unteren Belastungsrahmens
30
Gewindestift zum Arretieren des oberen Scherrahmens
31
Gewindestift zum Arretieren des unteren Scherrahmens
32
Grundplatte
33
Wasserwanne
34
Arbeitskammer
35
Vorrichtung zum Arretieren der oberen Scherrahmenhälften
36
seitliche Normalspannungswiderlager des oberen Scherrahmens
37
Vorrichtung zum Arretieren der unteren Scherrahmenhälften
38
seitliche Normalspannungswiderlager des unteren Scherrahmens
39
Arbeitstisch
40
einbautischseitige Klemmbacke
41
antriebsseitige Klemmbacke
42
Antriebsstange
43
Kraftaufnehmer zur Messung der resultierenden Tangentialkraft
44
Wegaufnehmer
45
Antrieb
46
Grundgerüst
47
Scherebene
Claims (5)
1. Prüfgerät, insbesondere zur Prüfung des Deformationsverhaltens von Geomaterialien, Geo
kunststoffen sowie von Verbundsystemen aus Geomaterialien und Geokunststoffen, dadurch
gekennzeichnet, dass das zu prüfende Material oder Materialverbund in einem, aus einem
vertikal frei beweglichen oberen Scherrahmen (7) und einem vertikal frei beweglichen unte
ren Scherrahmen (8) gebildeten Probenteil des oberen Scherrahmens (7b) und Probenteil des
unteren Scherrahmens (8b) installiert ist, durch eine obere Belastungseinheit (3) und eine
untere Belastungseinheit (4) gegen einen gegeneinander horizontal verfahrbaren oberen
Belastungsrahmen (1) und unteren Belastungsrahmen (2) normal zur Scherebene (47) sowie
durch horizontales Verschieben des oberen Scherrahmens (7) und des unteren Scherrahmens
(8) zueinander tangential zur Scherebene (47) derart belastet wird, dass an den freien äuße
ren Rändern des geprüften Materials in horizontaler Richtung rein kinematische und in ver
tikaler Richtung rein kinetische Randbedingungen wirksam werden.
2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Belastungsrahmen (1)
und der untere Belastungsrahmen (2) über den Wagen des Linearlagers der Horizontalfüh
rung des oberen Belastungsrahmens (26) und der Schiene des Linearlagers der Horizontal
führung des oberen Belastungsrahmens (27) miteinander verbunden und gegenüber einander
horizontal verfahrbar sind.
3. Prüfgerät nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Belastungs
rahmen (2) über den Wagen des Linearlagers der Horizontalführung des unteren Belastungs
rahmens (28) und der Schiene des Linearlagers der Horizontalführung des unteren Belas
tungsrahmens (29) gegenüber dem Grundgerüst (46) des Prüfgerätes horizontal verfahrbar
ist.
4. Prüfgerät nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Belastungs
rahmen (2) mit einem Hubwerk (24) gegenüber dem Grundgerüst (46) vertikal verfahrbar
ist.
5. Prüfgerät nach Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das im Geomaterial-
Geosynthetik-Verbundsystem eingefasste Geosynthetik mit Hilfe einer festen, einbautischseitigen
Klemmbacke (40) und einer verfahrbaren, antriebsseitigen Klemmbacke (41) fest
gehalten und auf Zug belastet werden kann.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001112986 DE10112986A1 (de) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | Geosynthetik-Geomaterial-Prüfgerät |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2001112986 DE10112986A1 (de) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | Geosynthetik-Geomaterial-Prüfgerät |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10112986A1 true DE10112986A1 (de) | 2002-09-19 |
Family
ID=7677891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001112986 Withdrawn DE10112986A1 (de) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | Geosynthetik-Geomaterial-Prüfgerät |
Country Status (1)
Country | Link |
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