DE10112986A1

DE10112986A1 - Geosynthetik-Geomaterial-Prüfgerät

Info

Publication number: DE10112986A1
Application number: DE2001112986
Authority: DE
Inventors: Taner Aydogmus; Nandor Tamaskovics; Herbert Klapperich; Reinhardt Schick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-19

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.

Bezugszeichenliste

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

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.