NL1006228C1

NL1006228C1 - Penetrometer.

Info

Publication number: NL1006228C1
Application number: NL1006228A
Authority: NL
Inventors: Kornelis Joustra
Original assignee: Ver Bedrijven Van Den Berg Hee
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 1998-12-07
Also published as: US5886253A; EP0882973A2; EP0882973A3

Description

Korte aanduiding: Penetrometer

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een penetrometer omvattende een sonde met een conische neus, een cilindrische wrijvingsmantel, en middelen voor het meten van op de wrijvingsmantel werkende axiale 5 wrijvingskrachten wanneer de sonde in een te onderzoeken bodem wordt voortbewogen.

Een dergelijke penetrometer is bijvoorbeeld bekend uit EP 0 010 988. Hierbij is de penetrometer voorzien van een eerste krachtopnemer om de op de conische neus, hierna 10 de conus genoemd, werkende krachten te meten en van een tweede krachtopnemer om de axiaal op de cilindrische wrijvingsmantel werkende wrijvingskrachten te meten. Wanneer de bekende penetrometer met een in hoofdzaak constante snelheid vertikaal in de bodem wordt gedrukt, 15 worden gelijktijdig de conusweerstand en de wrijvingskracht gemeten. Hierdoor wordt een bodemprofiel verkregen, hetgeen bijvoorbeeld gewenst is voor het ontwerpen van de fundatie van een bouwwerk.

Voor het bepalen van het bodemprofiel is het ook 20 gewenst inzicht te verkrijgen in de horizontale stijfheid van de bodem. Een algemeen bekende inrichting voor het bepalen van de horizontale stijfheid van de bodem is door prof. S. Marchetti ontwikkeld en is bekend onder de naam "Marchetti Dilatometer". Deze bekende inrichting heeft als 25 nadeel dat een meting van de horizontale bodemstijfheid alleen tijdens stilstand kan worden uitgevoerd, waardoor voor het bepalen van een bodemprofiel de inrichting stapgewijs, bijvoorbeeld met stappen van 0,2 meter, de bodem in moet worden gedrukt om zo een voldoende groot 30 aantal meetwaarden te verkrijgen. Derhalve is deze meetmethode tijdrovend. Verder moeten voor het bepalen van het bodemprofiel soms ook nog penetrometer-proeven worden uitgevoerd.

Onder de naam "Cone Pressuremeter" is door Cambrigde 35 Insitu een sonde ontwikkeld die bestaat uit een 1006228 -2- gebruikelijke penetrometer met een conische neus en een wrijvingsmantel enerzijds en een op één meter afstand van de conische neus aangebracht drukmeetapparaat anderzijds. Het drukmeetapparaat omvat een door het aanbrengen van een 5 inwendige druk wat zijn diameter betreft expandeerbaar membraan. Deze "Cone Pressuremeter" wordt stapsgewijs in de bodem gedrukt om tijdens stilstand het membraan te expanderen, de meting te verrrichten, en vervolgens het membraan weer te laten krimpen, waarna de sonde weer 10 verder in de bodem wordt gedrukt.

Uit de op 22 maart 1977 gepubliceerde Russische publikatie SU-A-548 684 is een penetrometer bekend, die is ingericht om tegelijkertijd zowel de conusweerstand, de wrijvingskrachten als de horizontale bodemdruk te bepalen. 15 Deze bekende penetrometer heeft een conus met een bijbehorende eerste krachtopnemer voor het meten van de conusweerstand. Verder heeft deze bekende penetrometer een in hoofdzaak cilindrische metalen mantel, die axiaal is opengesneden. Hierdoor is de diameter van de mantel 20 variabel onder invloed van door de bodem uitgeoefende radiale krachten. De bekende penetrometer is voorzien van een tweede krachtopnemer voor het meten van de in axiale richting op de mantel werkende krachten en van middelen voor het meten van de verandering van de diameter van de 25 mantel, welke verandering een inzicht geeft in de horizontale druk van de bodem op de mantel. Deze bekende penetrometer heeft ten opzichte van de Marchetti Dilatometer het voordeel dat de drie metingen gelijktijdig worden verricht en er geen stapsgewijze verplaatsing van 30 de penetrometer nodig is.

De constructie met de gespleten mantel van de uit SU-A-548 684 bekende penetrometer heeft het nadeel dat geen eenduidige interpretatie van de meetresultaten mogelijk is. Zo zal bij een toenemende horizontale druk op de 35 mantel de diameter van de mantel kleiner worden. In de bodem ontstaat dan een actieve spanningstoestand, welke gekenmerkt wordt door een afname van de horizontale 1006228 -3- drukken als gevolg van de boogwerking in de omringende bodem. Deze afname hangt af van de wrijvingseigenschappen van het materiaal waaruit de bodem is samengesteld. Bij een vergroting van de diameter van de mantel van de 5 bekende penetrometer ontstaat een passieve spanningstoestand in de bodem, waardoor de horizontale drukken in de bodem juist toenemen. Bij het in de bodem drukken van de penetrometer zal door de met de toenemende diepte optredende variaties in de samenstelling van de 10 bodem de spanningstoestand steeds wisselen tussen passief en actief, waardoor de met de penetrometer verkregen meetresultaten niet eenduidig kunnen worden geïnterpreteerd. Een verder nadeel van deze bekende penetrometer is dat de werking kan worden verstoord door 15 binnendringend grondwater en bodemmateriaal.

De onderhavige uitvinding beoogt een penetrometer te verschaffen die bovengenoemde nadelen opheft.

Dit oogmerk wordt bereikt door een penetrometer volgens de aanhef van conclusie 1 te verschaffen, die is 20 gekenmerkt doordat de sonde verder een conische mantel en middelen voor het meten van de op de conische mantel werkende axiale krachten omvat.

Door de conische mantel wordt een in hoofdzaak horizontale expansie van de door de sonde in de bodem 25 gevormde ruimte bewerkstelligt. De weerstand van de bodem tegen deze expansie levert een bepaalde kracht op, die loodrecht op de conische mantel werkt. Door de cilindrische wrijvingsmantel wordt geen horizontale expansie van de bodem bewerkstelligd. Door nu zowel de 30 axiale kracht op de cilindrische wrijvingsmantel te meten als de axiale kracht op de conische mantel en de beide meetwaarden met elkaar te vergelijken, kan een inzicht worden verkregen in de weerstand van de bodem tegen de door de conische mantel veroorzaakte horizontale expansie. 35 Verdere voordelige uitvoeringsvormen van de penetrometer volgens de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies en de navolgende beschrijving aan de hand 1006228 -4- van de tekening. Daarbij toont: fig. 1 in zijaanzicht een voorkeursuitvoeringsvorm van de penetrometer volgens de uitvinding, en fig. 2 schematisch de penetrometer volgens figuur 1 in 5 langsdoorsnede.

Figuur 1 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van de sonde 1 van de penetrometer volgens de uitvinding.

De sonde 1 heeft een langwerpig lichaam met aan het 10 in de bodem te drukken einde daarvan een conische neus 2, hierna conus genoemd, met een algemeen bekende conushoek van 60°. Zoals in figuur 2 te herkennen is, zijn eerste krachtopnemermiddelen 3 voorzien, die de op de conus 2 werkende axiale krachten, algemeen aangeduid met de term 15 conusweerstand, meten.

Op een axiale afstand van de conus 2 verwijderd heeft de sonde 1 een wrijvingsmantel 4. De wrijvingsmantel 4 is cilindrisch met over de hele axiale lengte daarvan een constante diameter. De wrijvingsmantel 4 is in geringe 20 mate axiaal beweegbaar ten opzichte van het lichaam van de sonde 1 en tussen de wrijvingsmantel 4 en het lichaam van de sonde 1 zijn tweede krachtopnemermiddelen 5 geplaatst, waarmee de op de wrijvingsmantel 4 werkende wrijvingskrachten kunnen worden gemeten.

25 De wrijvingsmantel 4 bevindt zich op bekende wijze achter de conus 2, waardoor de meting van de wrijvingskracht met de penetrometer volgens de uitvinding vergelijkbaar is met de meting met een gebruikelijke penetrometer.

30 Aan de van de conus 2 afgekeerde zijde van de wrijvingsmantel 4 is de sonde 1 voorzien van een conische mantel 6. De conische mantel 6 heeft aan de zijde van de wrijvingsmantel 4 een evengrote diameter als de wrijvingsmantel 4. In de richting van de wrijvingsmantel 4 35 vandaan neemt de diameter van de conische mantel 6 geleidelijk toe. De conische mantel 6 is zodanig uitgevoerd dat deze niet wezenlijk vervormd onder invloed 1006228 -5- van de door de bodem daarop uitgeoefende radiale krachten. De conische mantel 6 is in geringe mate axiaal beweegbaar ten opzichte van het lichaam van de sonde 1 en er zijn derde krachtopnemermiddelen 7 voorzien voor het meten van 5 de axiale krachten op de conische mantel 6.

De coniciteit van de conische mantel 6 is gering teneinde te bewerkstelligen dat de bodem door de conische mantel 6 dwars op indringrichting van de sonde 1, overeenkomstige de lengte-as van de sonde 1, wordt 10 weggedrukt. In de figuren 1 en 2 is de coniciteit van de conische mantel 6 overdreven voor de duidelijkheid van de weergave. Bij voorkeur bedraagt de hoek alfa tussen het buitenoppervlak van de conische mantel 6 en de lengte-as van de sonde 1 minder dan 3°. In een praktisch voordelige 15 uitvoeringsvorm bedraagt deze hoek 1,3°.

Met voordeel is het buitenoppervlak van de conische mantel 6 in hoofdzaak evengroot als het oppervlak van de wrijvingsmantel 4.

Voor het bepalen van een bodemprofiel wordt de sonde 20 1, met behulp van een stang die aan kop 8 van de sonde 1 wordt gekoppeld, met een in hoofdzaak constante snelheid vertikaal in de bodem gedrukt. Daarbij leveren de eerste krachtopnemermiddelen 3 de waarde van de conusweerstand.

De tweede krachtopnemermiddelen 5 leveren de 25 wrijvingskracht op de wrijvingsmantel 4. De derde krachtopnemermiddelen 7 leveren de axiale kracht op de conische mantel 6 op. Deze axiale kracht wordt vanwege de geringe coniciteit van de conische mantel 6 hoofdzakelijk veroorzaakt door wrijving. Aangezien de conische mantel 6 30 de bodem zijwaarts wegdrukt zal de wrijvingskracht op de conische mantel 6 groter zijn dan de wrijvingskracht op de wrijvingsmantel 4. Het verschil tussen de door de tweede krachtopnemermiddelen 5 gemeten kracht en de door de derde krachtopnemermiddelen 7 gemeten kracht, is afhankelijk van 35 de horizontale stijfheid van de bodem bij de optredende bodemspanningen. Derhalve worden met de penetrometer 1 tegelijkertijd de conusweerstand en de wrijvingskracht 1006228 -6- gemeten en wordt een indicatie verkregen van de horizontale stijfheid van de bodem.

Met de theorie van de expansie van een cilindrische ruimte in een elasto-plastisch materiaal (Vesic, 1972) kan 5 een kwantitatieve berekening worden gemaakt van de elasticiteitsmodulus van de bodem in horizontale richting.

In een niet weergegeven variant kan de wrijvingsmantel 4 op een grotere afstand van de conus 2 zijn opgesteld teneinde eventuele verstorende invloeden 10 van de conus 2 op de bodem te verkleinen.

In een andere niet weergegeven variant van de in de tekening getoonde sonde kan er in zijn voorzien dat tussen de beschreven wrijvingsmantel 4 en de conus 2 een additionele wrijvingsmantel is opgesteld. Hierbij is het 15 deel van deze sonde dat de conus en de additionele wrijvingsmantel omvat bij voorkeur identiek uitgevoerd aan een algemeen bekende sonde, zodat de meetresultaten van de sonde volgens de uitvinding rechtstreeks vergelijkbaar zijn met die van de bekende sonde, en dient de 20 wrijvingsmantel 4 voor de uitwerking van de met de daar achter opgestelde conische mantel 6 verkregen meetwaarden.

1 0 06228

Claims

1. Penetrometer omvattende een sonde (1) met een conische neus (2), een cilindrische wrijvingsmantel (4), en middelen (5) voor het meten van op de wrijvingsmantel werkende axiale wrijvingskrachten wanneer de sonde in een 5 te onderzoeken bodem wordt voortbewogen, met het kenmerk, dat de sonde (1) verder een conische mantel (6) en middelen (7) voor het meten van de op de conische mantel (6) werkende axiale krachten omvat.

2. Penetrometer volgens conclusie 1, waarbij de coniciteit van de conische mantel (6) zodanig klein is, dat door de conische mantel (6) een in hoofdzaak dwars op de axiale richting van de sonde (1) gerichte verdringing van de omliggende bodem wordt bereikt. 15

3. Penetrometer volgens conclusie 2, waarbij de coniciteit van de conische mantel (6) kleiner is dan 3°.

4. Penetrometer volgens een of meer van de voorgaande 20 conclusies, waarbij de conische mantel (6) aan de van de neus (2) afgekeerde zijde van de wrijvingsmantel (4) is opgesteld.

5. Penetrometer volgens een of meer van de voorgaande 25 conclusies, waarbij de conische mantel (6) aan een axiaal einde daarvan een diameter heeft die overeenkomt met de diameter van de wrijvingsmantel (4).

6. Penetrometer volgens een of meer van de voorgaande 30 conclusies, waarbij het oppervlak van de conische mantel (6) in hoofdzaak gelijk is aan het oppervlak van de wrijvingsmantel (4).

7. Penetrometer volgens een of meer van de voorgaande 35 conclusies, waarbij tussen de conische neus en de conische 1006228 -8- mantel twee cilindrische wrijvingsmantels zijn opgesteld, en waarbij voor elk daarvan middelen zijn voorzien voor het meten van op de betreffende wrijvingsmantel werkende axiale wrijvingskrachten wanneer de sonde in een te 5 onderzoeken bodem wordt voortbewogen.

8. Penetrometer volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij rekenmiddelen zijn voorzien die elasticiteitsmodulus in horizontale richting van de bodem 10 bepalen. 1 006 ?? fl