NL9401418A - Zandskelet in hydraulische, torusvormige aardbevingsbuffer, functionerend als drager zolang de aarde onder de buffer in rust is. - Google Patents

Description

Zandskelet in hydraulische, torusvormige aardbevingsbuffer, functionerend als drager zolang de aarde onder de buffer in rust is.

De uitvinding heeft betrekking op een essentiële verbetering van de torusvormige aardbevingsbuffer zoals omschreven in het Amerikaanse patent 4,887,398, bij welke buffer dwarskrachten als gevolg van windbelasting, het ondersteunde bouwwerk, binnen de door de buffer getolereerde grenzen van grondverplaatsing, op drift doen geraken.

Het zandskelet volgens de vinding wordt opgebouwd tussen druk- en grondplaat, door de trommelvormige ruimte daartussen op te vullen met een water-zand-compound, het geen na vulling met water plaats vindt. Door nu zóveel water te laten ontsnappen door de ventielen dat de drukplaat op het zandbed rust, wordt een hechte skelet- structuur gevormd, zodat het is alsof het gebouw geheel op zand steunt.

Het zandskelet wordt echter onmiddelijk verstoord door trillingen en schokken; het "pakket" stort als het ware ineen en gedraagt zich door de onder hydraulische druk staande, turbulente waterkolom, als drijf, loop- of duikelzand, afhankelijk van de toegepaste zandsoort. Met name klapzand - dit is zeer fijn zand met leem vermengd - komt hiervoor in aanmerking.

Vergelijkbare toestanden als kunstmatig in de zogenaamde torusbuffer volgens genoemd Amerikaans patent bewerkstelligd, kunnen door de specifieke bodemgesteldheid onder een gebouw, ook spontaan en vaak zonder toedoen van de mens ontstaan. Indien zich dergelijke situaties voordoen, is er steeds sprake van een niet- of zeer moeilijk controleerbare situatie die onder een combinatie van ongunstige factoren, een averechtse uitwerking kunnen hebben, immers: willekeurige structuurverschillen onder de verschillende steunpunten van de fundering en de niet-centripetale oplegging, garanderen allerminst een homogene, belasting opnemende bodem en evenmin dat het gebouw gevrijwaard wordt van blijvende deformatie. Het zandskelet volgens de vinding echter komt aan die bezwaren tegemoet, maar kan bovendien na elke aardbeving, zo dit niet spontaan geschiedt, door water- en/of zandsupletie dan wel door hydraulische reformatie onder gelijktijdige opheffing van de fundering, hersteld worden. Na het daaropvolgend aftappen namelijk, zal de drukplaat van de hydraulische torusbuffer veer op het zandskelet rusten. Omdat de vorming van een zand- of korrelskelet genoegzaam uit de literatuur bekend is, zal hierop in deze octrooiaanvraag niet verder worden ingegaan.

Een bijkomend- en onder bepaalde omstandigheden even groot voordeel van het zandskelet tussen druk- en grondplaat van de torusbuffer volgens genoemd Amerikaans patent, is de vandalisme- of sabotage-preventieve werking. Bewuste beschadiging van de buffer heeft geen verzakking van het steunpunt tot gevolg. Daarmee is het vooral gevoelsmatig bezwaar tegen toepassing van de zogenaamde torusbuffer ondervangen. Déarom gevoelsmatig omdat bij recente sabotagedaden onder de fundering van bouwwerken is gebleken dat kwaadwilligen met explosieven ook starre funderingen kunnen doen bezwijken, terwijl, indien men uitsluitend destructieve doelen beoogd, het toebrengen van schade boven de fundering aanzienlijk eenvoudiger is.

Het zal duidelijk zijn dat de met deze vinding voorziene torusbuffer volgens genoemd Amerikaans patent, niet inboet aan doelmatigheid, omdat het water-zand-compound zich tijdens bevingen gedraagt als een vloeistof en pas weer een skelet vormt als de aarde in rust is.

Tijdens een beving zal een deel van de energie van beweging in de hydraulische buffer worden omgezet in warmte, voornamelijk door vloeistofwrijving. Hoewel de temperatuurgradiënt betrekkelijk gering is, zal door uitzetting van de vaste- en vloeistofcompo-nenten de drukplaat een verticale verplaatsing ondergaan; met andere woorden: de trommelvormige ruimte tussen de vaste bovenof drukplaat en de vormveranderlijke grond- of bodemplaat, wordt binnen de denkbeeldige cylindermantel met een straal gelijk aan de straal van de drukplaat, vergroot. Deze volume-vergroting zal het bezinkend zand toestaan een laag onder de drukplaat te vormen welke even dik is als de oorspronkelijke of nagenoeg even dik.

In de meeste gevallen kan derhalve kunstmatig herstel van de laag-dikte ten behoeve van het zandskelet, achterwege blijven.

Indien dit toch noodzakelijk is, kan zulks geschieden door het optillen van de drukplaat door tijdelijke watersuppletie, gevolgd door hydraulische- of mechanische reformatie door de beide op de torus aangebrachte ventielen, die speciaal met het oog hierop een grotere doorlaat gewenst maken. Omdat de comprimeerbaarheid van een water-zand-compound gering is, zal de tijdelijke opheffing in de praktijk slechts enkele milimeters bedragen en geen invloed uitoefenen op de gedragen constructie, althans niet in een mate die schade aan de constructie doet ontstaan.

De vinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening, welke een dwarsdoorsnede voorstelt over de torusbuffer volgens het Amerikaanse patent 4,887,398, met een door de onder de drukplaat opgebouwd zandskelet.

Het zandskelet 1, zijnde een door de op de drukplaat 2 uitgeoefende belasting gecomprimeerde- en geconsolideerde grondlaag van een bepaalde samenstelling, blijft intact zolang er geen beduidende krachten aangrijpen in het horizontale vlak 3. Om de opbouw van het zandskelet 1 te bevorderen, is de torusvormige ruimte 4 ook deels met zand gevuld, De schotelvormige doorsnede van deze torus 4 en haar grote radius 5, zullen bij een aardbeving het zand 6 in de richting van de drukplaat 2 dwingen. Afhankelijk van de zwevende bestanddelen en korrelgrootte, maar ook van het soortelijk gewicht van de vaste bestanddelen in het zand 6, zal na verloop van tijd, maar in elk geval vrij kort na de beving, voldoende zand 6 zijn bezonken om, na daling van de drukplaat 2, het zandskelet 1 te herstellen.

Zeer geleidelijk aangrijpende dwarskrachten als gevolg van windbelasting 7, zullen tijdens de belastingtoename van nul tot maximum het skelet 1 continu in staat stellen aan de evenwichtsvoorwaarde van aangrijp- en reactiekrachten te voldoen, omdat men voor de optredende schuifspanning mag uitgaan van de aanwezige korrelspan-ningen, loodrecht op het beschouwde vlak in het zandskelet 1. Bovendien zal door de horizontale component 8 van de in richting en grootte veranderlijke aangrijpkracht 9 op het skelet 1, ook in een richting evenwijdig aan de horizontale drukcomponent 8, comprimatie van het zand 6 optreden, omdat de geleidelijkheid van die aangrijpkracht als gevolg van de windbelasting 7 zulks toestaat. Geheel anders verloopt de samendrukking indien de factor "tijd" in het tijd-zettingsverloop verwaarloosbaar klein is en er van "zetting" geen sprake kan zijn, hetgeen tijdens aardbevingen of aardtrillingen het geval is. In dat geval voorkomt de eiggen massatraagheid van het door de buffers gesteunde bouwwerk 10, dat het de bewegingen van de grond 11 onder de buffer 12 volgt, vanwege de geringe vloeistofwrijving tussen drukplaat 2 en de vormverander lijke- en zich aan het bodemprofiel aanpassende, flexibele grondplaat 13.

Zodra het zandskelet 1 is verstoord, kunnen de door de torus 4 en de bovenplaat of drukplaat 2, tezamen met de onderplaat 13 begrensde ruimtes, vrijelijk met elkaar communiceren. Deze onbelemmerde communicatie wordt niet beïnvloed door eventuele scheefstand van de flexibele onderplaat 13 ten opzichte van de drukplaat 2.

Om te voorkomen dat tijdens een hevige beving de drukplaat 2 in contact komt met de bodemplaat 13, moet het 2andskelet 1 en de daardoor bepaalde afstand tussen die platen, voldoende zijn.

Het zandskelet volgens de vinding kan met bijzonder voordeel toegepast worden voor het bufferen van pilaren onder bruggen en viaducten, omdat de torusbuffer zonder deze voorziening door de gezamelijk middelpuntvliedende kracht van het verkeer in bochten, een ontoelaatbaren trekspanning in de aanhechtstukken zou kunnen bewerkstelligen, hetgeen door het zandskelet 1 verhinderd wordt.

Ook met het oog op de "driftwerking" is het zandskelet zo niet noodzakelijk, dan toch zeer gewenst.

De vulling 14 dient om verschuiving van de fundering 10 over de drukplaat 2 te voorkomen.

Claims (6)

1. Zandskelet in hydraulische, torusvormige aardbevingsbuffer, zoals omschreven in het Amerikaanse patent 4,887,398, met het kenmerk dat het dragend skelet verstoord wordt door bevingen of trillingen onder de buffer en daarop functioneert als een vloeistof, tot het moment dat de aarde weer in rust is en het skelet zich na verloop van tijd herstelt, al dan niet in combinatie met kunstmatige reformatie. In rust is de oplegging echter stabiel en wordt niet door windkracht beïnvloed, althans niet in een mate dat het ondersteunde bouwwerk of technisch kunstwerk op drift raakt over de door de torusbuffer toegestane amplitude.

2. Skelet volgens conclusie l,met kenmerk dat inplaats van zand een andere korrelachtige stof dient tot vorming van het belastingopnemend orgaan bij afwezigheid van aardbevingen.

3. Skelet volgens conclusie l,met het kenmerk dat een fluidike stof het water vervangt en tevens dient tot vorming van het belastingopnemend orgaan bij afwezigheid van aardbevingen. Ter onderscheiding van een zich als vloeistof gedragende vaste stof in het algemeen, heeft het fluidicum alle kenmerken van de specifieke zandskeletstructuur, met uitzondering van korrelvormen afmetingen.

4. Skelet volgens conclusie 3,met het kenmerk dat de lucht uit de torusbuffer geevacueerd wordt en de omgevingsdruk de massa samenperst tot een solide, compact orgaan, dat door bevingen of trillingen via een breekplaat of anderszins belucht wordt en zich onmiddellijk daarna weer als vloeistof gedraagt, terwijl een dergelijke oplossing bijvoorbeeld met voordeel kan worden toegepast indien de windbelasting op het te ondersteunen bouwwerk onevenredig groot is in relatie tot haar doorsnede over de basis.

5. Zandskelet volgens conclusie l,met hetkenmerk dat antivries is toegevoegd.

6. Zandskelet volgens conclusie l,met het kenmerk dat een verwarmingsbron bevriezing voorkomt.