1、Mai 2014DEUTSCHE NORM Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.080.01; 93.020!%- Laborversuche“ im Normenaus-s
2、chuss Bauwesen (NABau) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. erarbeitet. Diese Norm enthlt die grundlegenden Anforderungen zur Versuchsdurchfhrung, um die einaxiale Druck-festigkeit von intaktem Festgestein zu bestimmen. In DIN 18141-2 werden u. a. zustzliche Anordnungen zur Querdehnungsmessung
3、 und die Bestimmung der E-Moduln beschrieben. DIN 18141, Baugrund Untersuchung von Gesteinsproben besteht aus: Teil 1: Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nic
4、ht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 18141-1:2014-05 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt ein Verfahren zur labormigen Bestimmung der Druckfestigkeit von Gesteinsproben unter einem einaxialen Belastungszustand. Die Versuchsergebnisse dienen der
5、 Charakterisierung und Klassifizierung von Festgesteinen sowie der Ableitung von Kennwerten fr geotechnische Fragestellungen. Diese Norm gilt fr die Untersuchung geotechnischer Eigenschaften von Festgestein. Der einaxiale Druckversuch fr Naturstein als Werkstoff ist in DIN EN 1926 geregelt. Der eina
6、xiale Druckversuch an Bodenproben ist in DIN 18136 geregelt. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verwei
7、sungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 18136, Baugrund Untersuchung von Bodenproben Einaxialer Druckversuch DIN 51220, Werkstoffprfmaschinen Allgemeines zu Anforderungen an Werkstoffprfmaschinen und zu deren Prfung und Kalibrierung DIN E
8、N 1926, Prfverfahren fr Naturstein Bestimmung der einachsigen Druckfestigkeit DIN EN ISO 7500-1, Metallische Werkstoffe Prfung von statischen einachsigen Prfmaschinen Teil 1: Zug- und Druckprfmaschinen; Prfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung DIN EN ISO 9513, Metallische Werkstoffe Kalibrie
9、rung von Lngennderungs-Messeinrichtungen fr die Prfung mit einachsiger Beanspruchung 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 einaxiale Druckspannung Verhltnis der Axialkraft F zur anfnglichen Probekrperquerschnittsflche A AF= (1) Anmerkung 1 zum Begriff: Druck
10、krfte und Druckspannungen haben positive Vorzeichen. Fr die Berechnung der Probekrperflche siehe 6.5. 3.2 einaxiale Druckfestigkeit UHchstwert der axialen Spannung , die von einem Gesteinsprobekrper aufgenommen werden kann U= max(2) DIN 18141-1:2014-05 5 3.3 Stauchung 1Verhltnis der axialen Lngennde
11、rung lmder Messstrecke zur Ausgangslnge lmder Messstrecke mm1ll= (3) Anmerkung 1 zum Begriff: Verkrzungen und Stauchungen haben positive Vorzeichen. 3.4 Bruchstauchung 1,UStauchung bei Erreichen der einaxialen Druckfestigkeit U1,U= 1( = U) (4) 4 Bezeichnung Bezeichnung eines einaxialen Druckversuchs
12、 fr Festgestein (E) 5 Versuchseinrichtung Die Krafteinleitung erfolgt durch ebene, geschliffene Druckplatten aus Stahl mit einer Mindesthrte HRC 58, wobei die obere Platte, um unvermeidbare Abweichungen des Probekrpers von der Planparallelitt ausgleichen zu knnen, in einer Kalotte gelagert sein muss
13、 Diese Kalotte muss vor der Lastaufbringung leicht beweglich sein, whrend des Versuchs darf sich der Druckplattenwinkel jedoch nicht mehr verstellen. Die Abmessungen der Druckplatten und der Kalottenradius sind so aufeinander abzustimmen, dass der Drehpunkt der Kalotte in der Druckplattenflche lieg
14、t. Die Dicke der Druckplatten muss so gro sein, dass diese sich in Folge der Krafteinleitung nicht wlben. Bei einem Verhltnis von Kantenlnge bzw. Durchmesser zur Dicke der Druckplatte kleiner 5 ist die Wlbung fr die Anforderungen dieses Versuchs ausreichend gering. Fr das Aufbringen der Axialkraft a
15、uf den Probekrper ist eine Prfmaschine mit einer Kraftmesseinrichtung der Klasse 2 nach DIN EN ISO 7500-1 oder besser zu verwenden, deren Kapazitt ausreicht, um den Gesteinsprobekrper bis zum Bruch zu belasten. Der Kraftmessbereich des Prfgertes muss der Bruch-kraft des Probekrpers angepasst sein. D
16、as Versuchsgert muss die Durchfhrung der Versuche in Weg- oder Kraftregelung gestatten. Kalibrierung der Prfmaschine nach Anhang B. DIN 18141-1:2014-05 6 6 Probekrper und Proben 6.1 Form und Mae Der einaxiale Druckversuch muss an zylindrischen Probekrpern durchgefhrt werden, deren Lnge im Bereich 1,
17、5 d l 2,5 d liegt. Legende 1 unverformter Zustand 2 verformter Zustand d Probekrperdurchmesser im unverformten Zustand d Probekrperdurchmessernderung l Probekrperlnge im unverformten Zustand lmMesstrecke im unverformten Zustand lmMessstreckennderung Bild 1 Schematische Darstellung eines Probekrpers
18、DIN 18141-1:2014-05 7 Falls in Folge nachgewiesenen Materialmangels Probekrper mit einer Lnge 1,0 d l 1,5 d geprft werden mssen, ist dies im Versuchsbericht anzugeben. Es ist zu beachten, dass aufgrund des Einflusses der Endflchenreibung zu hohe Festigkeitswerte ermittelt werden knnen, wenn das Verh
19、ltnis der Lnge l des Probekrpers zu seinem Durchmesser d kleiner als 2,0 ist. In solchen Fllen ist die an zu kurzen Probekrpern bestimmte Druckfestigkeit Uabzumindern. Die abgeminderte einaxiale Druckfestigkeit U(2)ist nach Gleichung (5) zu bestimmen, siehe 4: ld278UU(2)+= (5) Dabei ist U(2)die abge
20、minderte einaxiale Druckfestigkeit; Udie einaxiale Druckfestigkeit; d Probekrperdurchmesser im unverformten Zustand; l Probekrperlnge im unverformten Zustand. Der Durchmesser des Probekrpers sollte mindestens das Zehnfache des grten Einzelkorndurchmessers des Gesteins betragen und nicht kleiner als
21、48 mm sein. Grere Probekrper sind kleineren vorzuziehen. Diese Norm ist auf kreiszylindrische Probekrper abgestimmt. Sofern anders geformte (z. B. prismatische) Probekrper verwendet werden, ist dies im Versuchsbericht zu vermerken. 6.2 Herstellung der Probekrper Zur Erzielung der zylindrischen Form
22、sind die Proben mglichst schonend durch z. B. Bohren, Schneiden, Drehen oder Schleifen zu bearbeiten. Materialbeeinflussende Einwirkungen (z. B. durch Khlmittel) sind zu minimieren. Die Mantelflchen der Probekrper sollten glatt und frei von Unregelmigkeiten sein. Die Endflchen sollten eben sein und
23、mit der Probekrperachse rechte Winkel bilden. ANMERKUNG Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung bewirken Strungen des angestrebten gleichfrmigen einaxialen Spannungszustandes im Probekrper und fhren in der Regel zur Ermittlung einer zu geringen Festigkeit. Derartige Fehler wirken sich bei sehr festen Ge
24、steinen (z. B. Quarzit) strker aus als bei weniger festen Gesteinen (z. B. Tonstein). Wenn sich die Endflchen am natrlichen Material nicht oder nur unzulnglich bearbeiten lassen, ist ein aushrtendes Ausgleichmittel zur Erzielung einwandfreier planparalleler Probekrperendflchen aufzutragen. Die Druck
25、festigkeit des Ausgleichsmaterials muss hher sein als die des untersuchten Gesteins. Die Ausgleichsschicht sollte mglichst dnn sein. 6.3 Wassergehalt der Proben und Probekrper Der Wassergehalt kann auf die Verformungseigenschaften und die Festigkeit von Gesteinsproben einen Einfluss haben. Daher ist
26、 bei der Probengewinnung darauf zu achten, dass Proben, die fr Laborversuche ausgewhlt werden, so versiegelt, verpackt und aufbewahrt werden, dass sich ihr Wassergehalt nicht weiter verndert. Auch bei der Probenbearbeitung sollte eine Vernderung des Wassergehaltes vermieden werden. Nach Beendigung j
27、edes einaxialen Druckversuchs muss der Wassergehalt des Probekrpers bestimmt werden. DIN 18141-1:2014-05 8 6.4 Bestimmung der Mae und der Dichte der Probekrper Der Durchmesser der Probekrper ist am oberen und unteren Ende sowie in der Mitte jeweils in zwei zueinander senkrechten Richtungen auf 0,1 m
28、m zu bestimmen. Fr die Ermittlung der Querschnittsflche ist das Mittel aus den Messungen anzusetzen. Die Prfkrperlnge ist an vier um etwa 90 versetzten Stellen ebenfalls auf 0,1 mm zu messen. Die Ausgangslnge des Probekrpers ergibt sich aus dem Mittelwert der Einzelmessungen. Aus den Maen und der Ma
29、sse des Probekrpers vor der Versuchsdurchfhrung ist die Dichte zu ermitteln. 7 Versuchsdurchfhrung 7.1 Krafteinleitung Der Probekrper ist auf der unteren Druckplatte zu zentrieren. Durch vorsichtiges Annhern der Druckplatten ist die Einstellung der oberen Kalotte vorzunehmen und Kraftschluss herzust
30、ellen. Unter einer Vorlast von etwa 1 % der erwarteten Bruchspannung knnen die Deformationsmesseinrichtungen angebracht oder abgeglichen werden. Eine Endflchenschmierung oder andere Manahmen sind bei Standardversuchen nicht vorgesehen. Ihre Anwendung in Sonderfllen ist im Versuchsbericht zu erwhnen.
31、 7.2 Belastung des Probekrpers Die Belastung des Probekrpers kann wahlweise weg- oder kraftgeregelt erfolgen. Bei Wegregelung ist der Probekrper mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit v zu belasten. In der Regel sollte die sich aus der Vorschubgeschwindigkeit ergebende Stauchungsrate 1 im Bere
32、ich 0,5 mm/(m min) 1 1,0 mm/(m min) liegen. Sie ist jedoch so zu whlen, dass die Versuchsdauer bis zum Erreichen der maximalen Spannung mindestens 5 min betrgt. Bei Kraftregelung ist der Probekrper mit einer konstanten Spannungsrate zu belasten. In der Regel sollte die Spannungsrate im Bereich 2,0 M
33、N/(m2 min) 10,0 MN/(m2 min) liegen. Sie ist jedoch so zu whlen, dass die Versuchsdauer bis zum Erreichen der maximalen Spannung mindestens 5 min betrgt. 7.3 Kraft- und Stauchungsmessung 7.3.1 Allgemeines Die Messung der Kraft und der Deformationen des Probekrpers muss kontinuierlich erfolgen. Eine v
34、ersuchs-begleitende Darstellung der Spannungs-Stauchungs-Linie ist zur Versuchsberwachung und Dokumentation erforderlich. 7.3.2 Kraftmessung Die Kraft wird mit einer Prfmaschine der Klasse 2 nach DIN EN ISO 7500-1 wird die Kraft mit einer relativen Anzeigeabweichung kleiner als 2 % gemessen. 7.3.3 S
35、tauchungsmessung Die verwendeten Messsysteme mssen der Messaufgabe angepasst sein. Je steifer das Gestein und je geringer die erwartete Bruchdehnung ist, desto hher muss die Auflsung des Messsystems und desto kleiner muss der Messbereich sein. Die Anordnung der Systeme zur Lngsdehnungsmessung muss s
36、o erfolgen, dass geringfgige Verkippungen der Druckplatten keine Auswirkung auf die Messung haben. DIN 18141-1:2014-05 9 Fr den Standardversuch ist eine Messunsicherheit von 0,01 % der Probenhhe ausreichend. 8 Auswertung Aus dem mittleren Probekrperdurchmesser wird die magebende Querschnittsflche A
37、berechnet, mit der sich nach Gleichung (1) aus der Prfkraft F die Spannung berechnen lsst. Eine Korrektur der Querschnittsflche A, die die unter der Spannung eingetretene Querdehnung qbercksichtigt, ist in der Regel nicht erforderlich. Die einaxiale Druckfestigkeit ist nach Gleichung (2) gleich der
38、maximalen im Versuch erreichten Spannung. Fr alle Ablesungen kann die Stauchung 1nach Gleichung (3) ermittelt werden. Durch Auftragung der Wertepaare (, 1) erhlt man das Spannungs-Stauchungs-Diagramm. 9 Angabe der Ergebnisse Mit dem Ergebnis des einaxialen Druckversuchs sollten noch folgende Angaben
39、 protokolliert werden: Beschreibung des untersuchten Gesteins; Herkunft der Probe Tiefe unter OKG, Orientierung, Zeitpunkt der Entnahme; eventuell vorhandene Schieferung, Schichtung oder sonstige erkennbare Anisotropie und deren Lage zur Belastungsrichtung (gegebenenfalls Skizzen, Fotos von Lngs- un
40、d Querschnitt); Probenlagerungsbedingungen und -dauer; Zeitpunkt der Versuchsdurchfhrung; Wassergehalt nach Versuchsende; Dichte der Probe; Probekrpermae; Art und Durchfhrung der Verformungsmessung; Dehnungs- bzw. Spannungsrate bei der Versuchsdurchfhrung; eventuelle Abweichungen von den hier gegebe
41、nen Festlegungen; Form des Bruches (Skizze oder Foto); Angaben zum Versuchsgert (Lastbereich, Wegmesssystem, Gteklassen usw.). DIN 18141-1:2014-05 10 Anhang A (informativ) Anwendungsbeispiel eines einaxialen Druckversuchs Bild A.1 zeigt das Beispiel eines einaxialen Druckversuchs, weggesteuert. DIN
42、18141-1:2014-05 11 Legende einaxiale Spannung in MN/m2 1Stauchung in % Probekrper: BK 1, Entnahmetiefe: 11,20 m bis 11,40 m Datum: 13.03.2001 Durchmesser: d = 101,5 mm Masse: m = 3 450,1 g Querschnittsflche: A = 8 091 mm2Dichte: = 2,20 g/cm3Lnge: l = 193,8 mm d= 1,98 g/cm3Lnge/Durchmesser: l/d = 1,9
43、1 w = 11,2 % Vorgaben: Versuch DIN 18141-E Vorschubgeschwindigkeit v = 0,5 mm/min Ergebnisse: einaxiale Druckfestigkeit U= 8,76 MN/m2bei 1,U= 1,11 % Anmerkung: Abgeminderte einaxiale Druckfestigkeit: U(2)= 8,71 MN/m2Bild A.1 Einaxialer Druckversuch Tabelle A.1 gibt ein Beispiel des Versuchsprotokoll
44、s eines einaxialen Druckversuchs. DIN 18141-1:2014-05 12 Tabelle A.1 Versuchsprotokoll eines einaxialen Druckversuchs Bezeichnung des Labors: Bauvorhaben: Az: 303 Datum: 13.03.01 Einaxialer Druckversuch an Festgestein nach DIN 18141- E Gestein: Sandstein, braun Bohrung Nr: BK 1 Entnahmetiefe: 11,20
45、m bis 11,40 m Angaben zur Bohrung: Kernbohrung mit Doppelkernrohr, vertikal Kerndurchmesser dk= 101 mm, Wassersplung Zeitpunkt der Entnahme: 13.01.2001 Anisotropie: Schichtung horizontal, d. h. senkrecht zur Kernachse Probenlagerung: in Aluminiumfolie mit Wachsberzug Datum der Probenanlieferung: 17.
46、01.2001 Datum der Versuchsdurchfhrung: 13.03.2001 Verformungsmessung: induktiver Wegaufnehmer Bruchdehnung 1,U= 1,11 % Einaxiale Druckfestigkeit: U= 8,76 MN/m2 Abgeminderte einaxiale Druckfestigkeit: U(2)= 8,71 MN/m2 Angaben zur Prfmaschine: Gteklasse 1 Lastkapazitt: 100 kN Serien-Nr: 452378/98 Vers
47、uchsdurchfhrung: Laborleiter: DIN 18141-1:2014-05 13 Anhang B (normativ) Kalibrierung Bezglich der Kalibrierung der Prfmaschine sind die Festlegungen nach DIN 51220 zu beachten. Insbesondere sind die Zeitintervalle fr die Kalibrierungen einzuhalten. DIN 18141-1:2014-05 14 Literaturhinweise 1 WAWERSI
48、K, W. R. & FAIRHURST, C., 1970: A study of brittle rock fracture in laboratory compression experiments. Int. J. Rock Mech. Min. Sci Geomech. Abstr. 13, 1667. 2 JAEGER, J. C. & COOK, N. G. W., 1969: Fundamentals of rock mechanics. Metheun, London 3 THURO, K., 1996: Bohrbarkeit beim konventionellen Sprengvortrieb. Geologisch-felsmechanische Untersuchungen anhand sieben ausgewhlter Tunnelprojekte. Mnchner Geologische Hefte, Reihe B: Angewandte Geologie, B1: 1145, IXII. 4 OBERT, L. & DUVALL, W. I., 1967: Rock Mechanics and the D
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