DIN 4107-4-2012 Geotechnical measurements - Part 4 Measurements with pressure cells《土工技术测量 第4部分 带有压力受感装置的测量》.pdf

1、Februar 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 13DIN 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 93.020!$xr)“1857906www.din.deDDIN 4107-4Geote

2、chnische Messungen Teil 4: DruckkissenmessungenGeotechnical measurements Part 4: Measurements with pressure cellsMesures geotechniques Partie 4: Mesures avec capteurs hydrauliquesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinMit DIN 4107-1:2011-01,DIN 4107-2:2011-03 undDIN 4107-3:201

3、1-03Ersatz frDIN 4107:1978-01www.beuth.deGesamtumfang 25 SeitenDIN 4107-4:2012-02 2 Inhalt Seite Vorwort . 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe und Symbole . 5 3.1 Begriffe 5 3.2 Symbole . 8 4 Messeinrichtung . 9 4.1 Allgemeines . 9 4.2 Spannungsgeber nach dem Deformations

4、messprinzip . 9 4.3 Spannungsgeber nach dem Kompensationsprinzip. 10 4.4 Steifigkeit der Spannungsgeber 12 4.5 Druckkissen . 13 4.6 Messgenauigkeit . 14 5 Installation und Messdurchfhrung 14 5.1 Installation von Kontaktspannungsgebern 14 5.2 Installation von Betonspannungsgebern . 15 5.3 Installatio

5、n von Spannungsgebern fr Erddruck 16 5.4 Installation von Gebirgsspannungsgebern . 18 5.5 Messdurchfhrung . 18 6 Messauswertung . 19 7 Berichterstattung 19 7.1 Feldprotokoll . 19 7.2 Messtechnischer Bericht . 19 Anhang A (informativ) Anwendungsbeispiele . 20 A.1 Messungen in einem Tunnel 20 A.1.1 Ei

6、nbauprotokoll . 20 A.1.2 Messergebnisse 21 A.1.3 Messungen an einem Erddamm 23 Anhang B (informativ) Beispiel fr die Herstellung von Spannungsmessquerschnitten . 24 Literaturhinweise . 25 Bilder Bild 1 Anordnung von Spannungsgebern im Tunnelbau (Beispiel) 7 Bild 2 Beispiel fr eine Anordnung von Span

7、nungsgebern im Erddammbau 8 Bild 3 Messprinzip der Spannungsgeber . 9 Bild 4 Spannungsgeber mit Deformationsmessprinzip 10 Bild 5 Spannungsgeber nach dem Kompensationsmessprinzip . 10 Bild 6 Geber mit Druckkompensation an der Membran der Druckmesseinrichtung . 11 Bild 7 Spannungsgeber mit Kompensati

8、on im Druckkissen, siehe 1 . 11 Bild 8 Spannungsverteilungen im Bereich eingebauter Spannungsgeber; siehe 2 12 DIN 4107-4:2012-02 3 Bild 9 Schematische Darstellung der Spannungsverteilung an einem Druckkissen . 13 Bild 10 Beispiele von Druckkissen 13 Bild 11 Einbau von Spannungsgebern 15 Bild 12 Bet

9、onspannungsgeber mit Nachspannrhrchen 15 Bild 13 Beispiele fr den Einbau von Erddruckgebern in der Kernzone (A), bergangszone (B) und Sttzkrperzone (C) eines Erddammes nach 4 17 Bild A.1 Zeitliche nderung von Messwerten im Sohlgewlbe eines Tunnels 3 21 Bild A.2 Rumliche Verteilung der Spannungsnderu

10、ngen nach fnfeinhalb Jahren, siehe 3 22 Bild A.3 Gerechnete und gemessene Spannungen in einem Erddamm, siehe 4 . 23 Bild B.1 Tunnelmessquerschnitt mit Radial- und Tangentialspannungsgebern 24 Tabellen Tabelle 1 Symbole 8 Tabelle 2 Erforderliche minimale Prfspannung (Vorspanndruck pv) 14 DIN 4107-4:2

11、012-02 4 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. im Arbeitsausschuss NA 005-05-09 AA Baugrund; Feldversuche“ auf der Grundlage der Empfehlung Nr. 19 des Arbeitskreises 3.3 Versuchstechnik Fels“ der DGGT e.V. 5 erarbeitet. Es wird

12、auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 4107 Geotechnische Messungen besteht aus: Teil 1: Grundlagen Teil 2: Extensomete

13、r- und Konvergenzmessungen Teil 3: Inklinometer- und Deflektometermessungen Teil 4: Druckkissenmessungen nderungen Gegenber DIN 4107:1978-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) DIN 4107:1978-01 wurde vollstndig berarbeitet und auf geotechnische Messungen im Zusammenhang mit dem geotechnischen

14、Entwurf nach DIN 1054 und DIN EN 1997-1 ausgerichtet; geodtische Messungen finden sich in DIN 18710 (alle Teile); b) DIN 4107 wurde in vier Teile aufgeteilt, wobei DIN 4107-1 die grundlegenden Anforderungen an geotechnische Messprojekte und die Teile 2 bis 4 einige der gebruchlichsten geotechnischen

15、 Messein-richtungen behandeln. Frhere Ausgaben DIN 4107: 1937-02, 1969-07, 1978-01 DIN 4107-4:2012-02 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr Messungen der Spannungsnderung im Boden, Fels und an Bauwerken mit Druckkissen im Rahmen geotechnischer Untersuchungen nach DIN EN 1997-2 in Verbindung mit D

16、IN EN 1997-2/NA und DIN 4020 sowie DIN EN 1997-1 in Verbindung mit DIN EN 1997-1/NA und DIN 1054. Sie beschreibt Verfahren zur Messung von Spannungsnderungen, bei denen Druckkissen stationr und nicht rckgewinnbar innerhalb des beanspruchten Krpers oder in der Kontaktflche zwischen zwei Krpern eingeb

17、aut werden. Die Kenntnis dieser Spannungsnderungen kann zur Kontrolle der statischen Annahmen dienen und fr die Beurteilung der Standsicherheit des Bauwerks von entscheidender Bedeutung sein. Verfahren, bei denen Spannungen aus Messungen anderer physikalischer Gren hergeleitet werden, sind nicht Geg

18、enstand dieser Norm. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlieli

19、ch aller nderungen). DIN 1054, Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Ergnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 DIN 4020, Geotechnische Untersuchungen fr bautechnische Zwecke DIN 4107-1, Geotechnische Messungen Teil 1: Grundlagen DIN EN 1997-1, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung i

20、n der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln DIN EN 1997-1/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln DIN EN 1997-2, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und

21、 Untersuchung des Baugrunds DIN EN 1997-2/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds 3 Begriffe und Symbole 3.1 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe na

22、ch DIN 4107-1 und die folgenden Begriffe. 3.1.1 primrer Spannungszustand aus der Schwere resultierender Spannungszustand im Boden und Fels ANMERKUNG 1 Durch tektonische Krfte in der Erdkruste kann der aus der Schwere resultierende Spannungszustand verndert sein. ANMERKUNG 2 Der Spannungszustand im u

23、ngestrten Baugrund kann mit den hier beschriebenen Messverfahren in der Regel nicht bestimmt werden. DIN 4107-4:2012-02 6 3.1.2 sekundrer Spannungszustand Spannungszustand, der sich aus Spannungsnderungen im Zuge einer Baumanahme im Boden oder Fels ergibt ANMERKUNG Die Entwicklung und das Ausma der

24、Spannungsnderungen sind im hohen Mae von der Art des Bauwerkes, den Eigenschaften von Boden und Fels sowie vom Baugeschehen abhngig. 3.1.3 Gebirgsspannung Spannung im Locker- und Festgestein, das durch geologische Vorgnge entstanden ist ANMERKUNG Der vollstndige rumliche Spannungszustand des Gebirge

25、s besitzt drei Normal- und drei Schubspannungskomponenten. Druckkissen knnen nur Normalspannungskomponenten messen. Bei vertikaler oder horizontaler Anordnung von Druckkissen im Gebirge kann die nderung der horizontalen oder vertikalen Normalspannungskomponente gemessen werden. In der Nhe von Felsho

26、hlraumbauten werden Druckkissen auch so angeordnet, dass die tangential zur Ausbruchflche wirksame Spannungskomponente normal auf das Druckkissen wirkt und so ihre nderung gemessen wird (siehe Bild 1). 3.1.4 Kontaktspannung Spannungskomponente, die normal zu einer Kontaktflche (z. B. einer Grndungsf

27、uge) wirkt ANMERKUNG Die in der Kontaktflche wirkenden Schubspannungen werden dabei nicht betrachtet. 3.1.5 Radialspannung Kontaktspannung bei gewlbter Kontaktflche (z. B. zwischen Gebirge und Spritzbetonauenschale) 3.1.6 Betonspannung innerhalb der Betonauskleidung eines Tunnels auftretende Spannun

28、g 3.1.7 Tangentialspannung tangential zur Hohlraumform wirkende Spannung bei gewlbten Bauteilen DIN 4107-4:2012-02 7 Legende 1 verfllte Bohrlcher 2 Horizontalspannungsgeber (vertikal) 3 Vertikalspannungsgeber (horizontal) 4 Betonspannungsgeber Auen- und Innenschale (Tangentialspannungsgeber) 5 Konta

29、ktspannungsgeber Gebirge/Auenschale (Radialspannungsgeber) 6 Kontaktspannungsgeber Auen- /Innenschale (Radialspannungsgeber) Bild 1 Anordnung von Spannungsgebern im Tunnelbau (Beispiel) 3.1.8 Spannungsgeber mit Flssigkeit geflltes Druckkissen mit zugehriger Druckmesseinrichtung ANMERKUNG Spannungsge

30、ber werden in Boden, Fels oder Bauteilen stationr und nicht rckgewinnbar eingebaut. Dabei ist der Geber vollstndig eingeschlossen. DIN 4107-4:2012-02 8 Legende 1 Spannungsgeber 2 Messleitung 3 Anschlussschacht Bild 2 Beispiel fr eine Anordnung von Spannungsgebern im Erddammbau 3.2 Symbole Fr die Anw

31、endung dieser Norm gelten die Symbole der Tabelle 1. Tabelle 1 Symbole Symbol Benennung Einheit paDruck in der ueren Kammer MPa pGGemessener Druck am Messgeber unmittelbar nach dem Einbau MPa pHHydrostatische Druckdifferenz zwischen Messgeber und Messstelle MPa pLDruckverlust in der Messleitung MPa

32、pvVorspanndruck MPa piDruck in der inneren Kammer MPa pjGemessener Druck bei einer Folgemessung MPa p0 Referenzdruck MPa p0,korrKorrigierter Referenzdruck MPa Normalspannung MPa Normalspannungsdifferenz MPa DIN 4107-4:2012-02 9 4 Messeinrichtung 4.1 Allgemeines 4.1.1 Die Druckmesseinrichtung (siehe

33、Bild 3) darf die Spannung am Druckkissen nicht beeinflussen. ANMERKUNG Die Druckmesseinrichtung ist blicherweise nicht unmittelbar an das Druckkissen angeschlossen, sondern ber eine wenige Zentimeter lange Druckleitung mit ihm verbunden. 4.1.2 Die Druckmesseinrichtung besteht in der Regel aus einer

34、inneren und einer ueren Kammer, die von einer elastischen Membran getrennt werden. Druckkissen, Druckleitung und innere Kammer mssen vollkommen mit einer den Druck bertragenden, inkompressiblen Flssigkeit (Druckflssigkeit) gefllt sein. Bei der Druckmessung werden zwei verschiedene Messprinzipien (De

35、formations- bzw. Kompensations-prinzip) unterschieden. Legende 1 Druckleitung 2 Druckkissen 3 Druckmesseinrichtung a innere Kammer b uere Kammer 4 Fllhhe 5 Flssigkeit in der ueren Kammer 6 Flssigkeit im Druckkissen 7 Messleitung 8 Messgert Bild 3 Messprinzip der Spannungsgeber 4.2 Spannungsgeber nac

36、h dem Deformationsmessprinzip 4.2.1 In Spannungsgebern nach dem Deformationsmessprinzip wird bei Spannungserhhung Flssigkeit aus dem Druckkissen in die Druckmesseinrichtung verdrngt, wo sie die elastische Membran in Richtung der ueren Kammer verformt (siehe Bild 4). DIN 4107-4:2012-02 10 Legende 1 D

37、ruckkissen 2 Druckleitung 3 Druckmesseinrichtung 4 Membran Bild 4 Spannungsgeber mit Deformationsmessprinzip 4.2.2 Das Ausma dieser Verformung darf nur von der Drucknderung der Druckflssigkeit sowie der Steifigkeit der Membran bestimmt werden. Die Volumennderung des geschlossenen Drucksystems (Leitu

38、ng und Gehuse der Druckmesseinrichtung) muss vernachlssigbar gering sein. ANMERKUNG Die Membran entspricht in der Praxis der Membran eines elektrischen Druckaufnehmers zur Messung von pi. 4.2.3 Die elektrischen Messgren von Spannungsgebern nach dem Deformationsmessprinzip sind vor ihrer Verwendung i

39、n ihrer Relation zum Innendruck pizu kalibrieren. 4.3 Spannungsgeber nach dem Kompensationsprinzip 4.3.1 Bei der Messung mit Spannungsgebern nach dem Kompensationsprinzip wird die in 4.2 beschriebenen Verformung der elastischen Membran durch geeignete, von auen gesteuerte Manahmen kompensiert (siehe

40、 Bild 5). Hierzu wird in der Regel der Druck in der ueren Kammer der Messeinrichtung hydraulisch oder pneumatisch erhht und dann mit einem geeigneten Gert gemessen. Legende 1 Druckkissen 2 Druckleitung 3 Druckmesseinrichtung Bild 5 Spannungsgeber nach dem Kompensationsmessprinzip 4.3.2 Das eingesetz

41、te Messverfahren bestimmt die Genauigkeit dieser Spannungsgeber. Nach dem Messverfahren werden verschiedene Gebertypen (siehe Bild 6) unterschieden. DIN 4107-4:2012-02 11 a) Geber mit berdruckventil b) Geber mit Membranschalter Legende 1 Membran 2 Elektr. Kontakt 3 Manometer 4 Druckleitung 5 Rcklauf

42、 6 Druckvorlauf Bild 6 Geber mit Druckkompensation an der Membran der Druckmesseinrichtung 4.3.3 Bei Spannungsgebern, die im Druckkissen die Kompensation der Zusammendrckung ermglichen, sind die Zentren beider Kissenseiten mit elektrischen Kontakten ausgestattet (siehe Bild 7). An zwei Kontakten (1a

43、 und 1b) liegt eine elektrische Gleichspannung an und zwischen zwei weiteren Kontakten (2a und 2b) wird die Spannungsdifferenz gemessen. Beim Erreichen des Kompensationsdrucks lsst die Kissenaufweitung zwischen den Kontakten beider Seiten einen Spalt entstehen, der durch eine stark vergrerte Spannun

44、gsdifferenz erkannt wird. Legende 1 Zuleitung mit Druckkissen X Druckkissen im geschlossenen Zustand (Ausgangszustand) Y Druckkissen im aufgeweiteten Zustand Bild 7 Spannungsgeber mit Kompensation im Druckkissen, siehe 1 DIN 4107-4:2012-02 12 4.4 Steifigkeit der Spannungsgeber 4.4.1 Der Spannungszus

45、tand eines Mediums wird von dem eingebauten Druckkissen umso weniger gestrt, je geringer das Hhen- zu Breitenverhltnis der Kissen ist. An den Rndern und Ecken der Druckkissen sind Spannungskonzentrationen nicht zu vermeiden; sie knnen jedoch durch ein geeignetes Design der Kissen minimiert werden. 4

46、.4.2 Die Spannungsgeber sowie ggf. notwendiges Ausgleichs- und Verfllmaterial mssen in ihrer Steifigkeit dem umgebenden Medium entsprechen. Besitzt ein eingebauter Geber eine hhere Steifigkeit als das umgebende Medium (siehe Bild 8), so konzentrieren sich die Spannungen auf ihn (steifer Einschluss);

47、 ist ein Geber dagegen weicher als das umgebende Medium, so muss dieses hhere Spannungen bertragen (weicher Einschluss). Im ersten Fall werden so zu groe, im zweiten Fall zu kleine Spannungen gemessen. a) Druckkissen steifer als das Prfmedium b) Druckkissen weicher als das Prfmedium Bild 8 Spannungs

48、verteilungen im Bereich eingebauter Spannungsgeber; siehe 2 4.4.3 Die Verformbarkeit eines Spannungsgebers ist durch seine auf die Kissenflche bezogene Normalsteifigkeit gekennzeichnet. Diese wird durch das Messprinzip und die Gre des Gebers, die Fllhhe, das Volumen und die Kompressibilitt der Druck

49、flssigkeit sowie die Verformbarkeit der Wandung des geschlossenen Drucksystems bestimmt. Bei Spannungsgebern mit geschlossenem Drucksystem wird eine hohe Systemsteifigkeit angestrebt. Die Druckflssigkeit (Hydraulikl) ist in seiner Kompressibilitt auf die Steifigkeit des Prfmediums anzupassen. Werden die Spannung