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Verschiedene
In-situ-Versuche werden verwendet, um die mechanischen Eigenschaften
des Bodens sowie die Tragfähigkeit
und die Senkung des Bodens zu untersuchen, darunter:
- 1. statischer Versenkversuch
- 2. pressiometrischer Versuch
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1. STATISCHER VERSENKVERSUCH
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Diese
Versuchsart besteht darin, ein senkrechtes Rohr zu verwenden, dessen
Extremität
einen Messwertgeber und eine Vorrichtung zur Messung des Porenwasserdrucks
beinhaltet.
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Die
Anwendungsmethode wird auf folgende Weise umgesetzt:
- – Das
senkrechte Rohr wird mit einer bekannten Geschwindigkeit in den
Boden getrieben.
- – Während des
Einführens
und alle 20 cm Tiefe wird die Messung des Widerstands des Bodens gegen
das Versenken des Rohrs und somit die Messung des Porenwasserdrucks
vorgenommen.
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Bei
dieser Versuchsart finden alle Messungen also auf Grundlage der
Versenkung statt, und die Geschwindigkeit der Versenkung ist ein
Faktor der Anwendungsmethode.
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Der
Nachteil dieser Versuchsart besteht darin, dass:
- 1.
Das Problem der Verschlammung auftritt, das die Messung des Porenwasserdrucks
verhindert.
- 2. Es sich erwiesen hat:
- a. dass jegliche Änderung
der Versenkungsgeschwindigkeit eine beträchtliche Auswirkung auf den
Porenwasserdruckwert hat;
- b. dass, wenn man Versuche mit zwei verschiedenen Geräten gleichen
Typs an gleicher Stelle am gleichen Standort vornimmt, die jeweils
gemessenen Werte sich unterscheiden.
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Aus
diesem Grund weist die Messung des Porenwasserdrucks im Laufe von
Versenkungsversuchen ein Mangel an Präzision auf und sie stößt auf das
Problem der Verschlammung. Aber Messungen des Porenwasserdrucks
auf Grundlage des Bodenwiderstands im Laufe des Versenkens, um die
Tragfähigkeit
und die Senkung des Bodens festzulegen, sind nicht zulässig.
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2. PRESSIOMETRISCHER VERSUCH
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Es
gibt drei Kategorien von Pressiometern, jeweils basierend auf deren
Anwendungsmethode:
- 2.1 Pressiometer mit vorausgehender
Bohrung
- 2.2 Pressiometer mit Versenkung
- 2.3 Selbstbohrendes Pressiometer
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2.1 Pressiometer mit vorausgehender Bohrung
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Es
handelt sich um einen Messwertgeber mit 3 Zellen, installiert in
einem Hohlraum. Der Messwertgeber wird mit einer Druckflüssigkeit
versorgt. Die Steigerung des Drucks dieser Flüssigkeit bläht diesen Messwertgeber auf.
Für jeden
Meter Tiefe wird die Tragfähigkeit
und die Senkung des Bodens durch das Verhältnis zwischen den Messungen
der Änderung
des vorausgehenden Drucks und der Änderung des Volumens der zentralen
Messzelle festgelegt.
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Der
Nachteil dieser Gerätenart:
- a) Das Nichtvorhandensein von Messungen des Porenwasserdrucks;
- b) Die Bestimmung der Tragfähigkeit
und der Senkung hängt
von den Versuchen und den Folgerungen ab.
- c) Diese Versuchsart benötigt
eine recht lange Zeit am Standort.
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2.2 Pressiometer mit Versenkung
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Versenkung
in den Boden über
ein senkrechtes Rohr, abgeschlossen durch einen einzelligen Membran-Messwertgeber,
versorgt durch eine Druckflüssigkeit.
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Bei
jedem Meter Tiefe wird das Versenken des Systems unterbrochen, um
die Tragfähigkeit
und die Senkung zu bestimmen, gefolgt durch die gleichen Etappen
des vorausgehenden Verfahrens.
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Diese
Geräte
haben die gleichen Vor- und Nachteile wie beschrieben (2.1), aber
die Bodenänderung
ist in diesem Fall das Ergebnis der Stauung.
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2.3 Selbstbohrendes Pressiometer
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Das
Gerät besteht
aus einem einzelligen Messwertgeber, hinter einem dünnwandigen
Kernbohrer, der die Mess-Membranzelle trägt.
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Es
gibt zwei Gerätearten:
- – das
französische
Gerät:
Selbstbohrendes
Pressiometer des LCPC mit seiner durch eine Flüssigkeit unterstützen Membran.
- – das
englische Gerät:
Selbstbohrendes
Pressiometer von Cambridge
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Die
beiden Geräte
sind im Prinzip gleich, aber das englische Gerät beinhaltet zusätzlich einen Porenwasserdruckmesser
in der Mitte der Membranzelle. Diese Membranzelle ist ausgerüstet mit
Federn mit Verformungslehren.
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Diese
Art von Geräten
ermöglicht
die Beseitigung der Nachteile der Bodenveränderung bei dem Kontakt mit
dem Messwertgeber durch die vorausgehende Bohrung oder durch die
Stauung auf Grund des Versenkens.
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Der
Nachteil dieser Gerätenart:
- a) Im englischen Gerät, dem Pressiometer von Cambridge,
da der Porenwasserdruckmesser in der Messzelle befestigt ist, misst
er den Porenwasserdruck auf Grundlage des horizontalen Drucks, den
durch den Messwertgeber auf den Boden, im plastischen Ring ausgeübt wird,
der den Hohlraum direkt umrandet; insbesondere im Fall von bindigem
Boden. Bei unbindigem Boden werden die Zusammenhänge zwischen den genau um den
Hohlraum und die Bodenkonsolidierung herum gebildeten Belastungen
zu komplex. Um jedoch die Tragfähigkeit
und die Bodensenkung zu bestimmen, liegt das Interesse daran, die Messungen
am elastischen Ring an dessen Außenseite vorzunehmen.
- b) Die Messung der Verformungen eines Hohlraums gibt nicht die
plastischen oder elastischen Verformungen wieder, da der elastische
Ring verhindert, dass das Plastik des plastischen Rings sich frei
verformt.
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Ich
möchte
behaupten, dass:
Es unmöglich
ist, die Tragfähigkeit
und die Senkung des Bodens durch die einzige Messung des Porenwasserdrucks
zu bestimmen. Mann muss die Relationen zwischen jeder Änderung
des Porenwasserdrucks und des Bodenwiderstands auf Grundlage einer
ausgeübten
Belastung messen.
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Das
Ziel der Vorrichtung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, besteht darin, die Messungen der Relationen zwischen den drei
folgenden Parametern auszuführen
und aufzuzeichnen:
- – Der Druck der Flüssigkeit,
mit der die Membranzelle versorgt wird.
- – Das
Volumen der Membranzelle.
- – Der
Porenwasserdruck eines Elements mit bestimmter Lage und gewissen
Bedingungen, damit die Messungen mit dem Konzept der wissenschaftlichen
Methode hinsichtlich der Vorrichtung die Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist, übereinstimmen.
Diese Bedingungen hinsichtlich der Lage des Porenwasserdruckmessers
(Piezometer) lauten wie folgt:
- a. auf der Ebene der maximalen Verformungen der Membranzelle,
- b. in der Nähe
der Membranzelle und zwar innerhalb einer Entfernung von 10 cm.
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Deshalb
besteht die Vorrichtung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, aus zwei Hauptteilen, die nicht voneinander trennbar sind.
Die beiden Teile sind:
- a. Membrangerät: Ursprung
(Quelle) der Belastung. Der Druck der Flüssigkeit, mit der die Membranzelle
versorgt wird, übt
einen horizontalen Druck auf den Bodenhohlraum aus. Dieser Druck führt zu einer
Ausdehnung des Hohlraums auf Grund der Aufblähung der Membranzelle.
- b. Piezometer (Porenwasserdruckmesser) in der Nähe des Membrangeräts, an einer
bestimmten Stelle und unter gewissen Bedingungen.
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Wenn
man also die Erfindung aus der Einheit eines der Membrangeräte parallel
zu einem der vorhandenen Piezometer bestehen lässt, und da die vorhandenen
Piezometer in zwei Kategorien klassifiziert werden können:
- 1. Versenkungspiezometer.
- 2. Piezometer für
Bohrung.
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Stößt man auf
folgenden Nachteil:
- 1. Da die notwendige Entfernung
zwischen der Achse des Membrangeräts und der des Piezometers
nicht gering sein darf, führt
die Installation von zwei Geräten
in Parallelanordnung zu zu großen Änderungen,
was nicht hinnehmbar ist, egal bei welcher Installationsmethode,
die für
jedes der beiden Geräte
verwendet wird.
- a. im Fall einer Einheit, d. h. von zwei Geräten zur Bohrung oder von einem
Versenkgerät
und einem Gerät
zur Bohrung, fuhrt die Installation dazu, dass der Teil des Bodens
zwischen beiden Geräten
zerstört
wird.
- b. im Fall der Installation einer Einheit aus zwei Versenkgeräten in Parallelanordnung,
ergibt sich eine zu starke Stauung.
- 2. Die Piezometer, die derzeit verwendet werden, eignen sich
nicht zur Messung des Porenwasserdrucks in jedem Meter Tiefe.
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Hiermit
wird bestätigt,
dass das Wesentliche in der Konzeption der vorliegenden Erfindung
sich folgendermaßen
zusammenfassen lässt:
- 1. Montage eines Porenwasserdruckmessers (Piezometer)
an der Extremität
des Gleitrohrs eines Schrägkolbens,
genau über
einer Membranzelle (eines Membrangeräts), die einen horizontalen Druck
auf den Bodenhohlraum ausübt.
Der Zweck des Schrägkolbens
besteht darin, den Porenwasserdruckmesser (Piezometer) in die Nähe der Membranzelle
zu bringen, damit sich das Piezometer auf der Ebene der maximalen
Verformungen der Zelle und in einer Entfernung befindet, die größer als
der Radius des um den Hohlraum gebildeten plastischen Rings ist
oder höchstens
diesem Radius entspricht.
- 2. Die Einführung
des Piezometers (Porenwasserdruckmesser) geschieht mittels Versenken
mit Hilfe des Gleitrohrs des Schrägkolbens: Um das Problem der
Verschlammung zu vermeiden, dass die Porenwasserdruckmessung behindert – was beim
Versenkversuch der Fall ist –,
geht man folgenderweise vor:
- 2.1 Das Piezometer ständig
in einer Hülse
im Zwischenrohr des Geräts
halten, und zwar egal bei welcher Methode auch immer, die verwendet
wird, um das Gerät,
das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, einzuführen.
- 2.2 Das Piezometer, an der Extremität des Gleitrohrs des Schrägkolbens,
ist in einem Zylinder eingefügt,
der dazu dient, die Verschlammung während des Versenkens des Gleitrohrs
des Schrägkolbens
zu vermeiden. Im Rahmen der Bewegung, bei der sich das Piezometer
dem Messniveau nähert,
verlasst er den Zylinder, der sich nicht mehr bewegt, und bleibt
mit ihm verbunden über
bewegliche Verbindungen, die an der tiefen Extremität der Ölkammer
des Schrägkolbens
befestigt sind. Das Gleitrohr, das das Piezometer enthält, fährt seinen
Weg bis zum Messniveau fort.
- 2.3 Das Gleitrohr des Schrägkolbens
mit dem Piezometer an seiner Extremität enthält ein hydraulisches Element,
das die Entschlammung während
des Versenkens gewährleistet.
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Nach
den vorausgehenden Erläuterungen, ist
darauf hinzuweisen, dass:
- – Der Schrägkolben ist ein untrennbarer
Bestandteil des Geräts,
das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist (Membrangerät mit Schräg-Piezo) und seine
Aufgabe ist Bestandteil der Anwendungsmethode. Die Dimensionierung
des Schrägkolbens
unterliegt folgender Bedingung: Die Bewegung des Schrägkolbens
(double track) ist ausreichend, um zu gewährleisten, dass das Gleitrohr
des Schrägkolbens
das an seiner Extremität
befestigte Piezometer bis zur bestimmten Stelle zu bringen.
- – Die
Porenwasserdruckmesswerte werden nie während des Versenkens des Gleitrohrs
des Schrägkolbens
oder des Geräts,
das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, aufgezeichnet.
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BESCHREIBUNG DES GERÄTS
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Das
Gerät,
das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, kann in zwei Kategorien,
jeweils abhängig
von der zur Einführung
des Messwertgebers verwendeten Methode, aufgeteilt werden.
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Typ I: Versenkmembrangerät mit Schräg-Piezo
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Der
Messwertgeber (die aus dem Membrangerät und dem Piezometer gebildete
Einheit) wir über ein
senkrechtes Rohr mit einem Durchmesser von mindestens 4,0 cm in
den Boden versenkt. Alle Rohrleitungen, die den Messwertgeber speisen,
verlaufen durch das senkrechte Rohr und im Körper des Schrägkolbens,
außerhalb
seiner Ölkammer.
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Typ II: Bohr-Membrangerät mit Schräg-Piezo
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Entweder
mittels vorausgehender Bohrung (mit einem Durchmesser von mindestens
6,00 cm) oder mittels Selbstbohrer, denn alle Rohrleitungen, die
den Messwertgeber versorgen, verlaufen durch den Hohlraum und um
den Schrägkolben
herum.
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Das
Gleitrohr des Schrägkolbens
weist eine teleskopische Form auf.
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Erläuternde
Einzelheiten zu den Abbildungen des Geräts des Typs I, das Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist: Seite 1.4 bis 4.4.
-
1:
zeigt den globalen Systemaufbau des Geräts des Typs I zur mechanischen
Bodenanalyse, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
- (7):
Membranzelle
- (18): Das Gerät
des Typs I, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist (Versenkmembrangerät mit Schräg-Pizeo)
- (6): Messniveau. Dieses Messniveau wiederholt sich jeden
Meter im Verhältnis
zur Bodenoberfläche.
- (5): Das Piezometer (der poröse Stein enthält den Porenwasserdruckmesser)
- (8): Kolben. An der Extremität seines Gleitrohrs (12) befindet
sich das Piezometer (5)
- (15): Computer, mit dem Piezometer (5) verbunden, um
den Porenwasserdruck auf der Ebene (6) in der Nähe der Membranzelle
(7) zu messen
-
Der
Aufschnitt gemäß S-S, zeigt
- – Die
Anordnung der Schnitte gemäß A-A, B-B, C-C
und D-D, siehe Seite 3/4
- – Die
Anordnung des Details (F), siehe Seite 4.4
| (8): | Im
Verhältnis
zur senkrechten Achse des Systems schräg angeordneter Kolben |
| Rohrleitungen
(1), (3): | Druckquellen,
um das Gleitrohr (12) des Kolbens (8) ein- und
ausfahren zu lassen |
| Rohrleitung
(2): | umfasst
zwei Wege
Einen Weg zum Anschluss des Messwertgebers im Piezometer
(5) an den Computer (15) (Abb. (1)).
Den
anderen Weg, um unter Druck stehende Flüssigkeit zu liefern, die den
porösen
Stein des Piezometers (5) reinigt. |
| (20): | Raum
um das Piezometer (5) |
| (13): | Ölkammer
des Kolbens (8) |
| (12): | Gleitrohr
des Kolbens (8), das um ein festes Rohr (17) gleitet |
| Seite 3/4:
Schnitt gemäß A-A, B-B,
C-C, D-D |
| Detail
(F): | Detail
am Ende des Gleitrohrs (12) des Kolbens (8) und
das System zum Schutz des Piezometers (5) (poröser Stein
und Messwertgeber) gegen die Verschlammung während des Versenkens in den
Boden. |
| (16): | Dichtigkeitsteile |
| (10): | Zylinder,
der den porösen
Stein des Piezometers (5) hält |
| (14): | Verbindung
zwischen dem Zylinder (10) und dem System, mit einer Länge, die
mindestens 5 cm geringer als die Länge des Gleitrohrs (12)
des Kolbens (8) ist. |
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4.
Das Gerät
des Typs I, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist (Versenkmembrangerät mit Schräg-Piezo)
enthält
vier, von (1) bis (4) nummerierte Rohrleitungen:
- (1)
In der Rohrleitung (1) schiebt das unter Druck stehende Öl das Gleitrohr
(12) des Kolbens (8) bis das Niveau (6)
erreicht wird; Niveau der maximalen Verformung des Pressiometers
(7).
- (2) Die Rohrleitung (2) umfasst zwei Wege:
Der
eine enthält
ein elektrisches Kabel, das den Messwertgeber des Piezometers (5)
mit einem Computer (15) zur Messung des Porenwasserdrucks
verbindet.
Der andere Weg leitet eine unter Druck stehende Flüssigkeit,
welche die Reinigung des porösen Steins
des Piezometers (5) gewährleistet.
- (3) Die Rohrleitung (3) enthält das unter Druck stehende Öl, das den
Rücklauf
des Gleitrohrs (12) des Kolbens (8) in seine Ausgangslage
erlaubt.
- (4) Die Rohrleitung (4) versorgt das Pressiometer (7)
mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit.
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Der
poröse
Stein des Piezometers (6) ist eingefügt in einen Zylinder (10),
der dazu dient, die Verschlammung während des Versenkens des Systems sowie
das Eindringen von kleinen Bodenkörnern in die Ölkammer
(13) des Kolbens (8) zu vermeiden.
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Der
Raum (20) ermöglicht
das Einsetzen der Verbindungen (14).
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Die
Druckflüssigkeit,
die in der Rohrleitung (2) fließt, verhindert die Bewegung
des Zylinders (10) im Verhältnis zum porösen Stein
des Piezometers (5). Bei der Bewegung während der das Piezometer (10)
sich dem Niveau (6) nähert,
fährt das
Rohr aus dem Zylinder (10) heraus, der sich auf Grund der
Verbindung (14) nicht bewegt.
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Das
Gleitrohr (12), das das Piezometer (5) enthält, fährt weiter
bis auf das Niveau (6) aus. Die Flüssigkeit in der Rohrleitung
(2) entweicht durch den porösen Stein des Piezometers (5).
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Während des
Rücklaufs
in seine Ausgangslage fügt
sich das Gleitrohr (12) des Kolbens (8) in den
Zylinder (10) ein und nimmt ihn mit.