INTERFELS

DDiillaattoommeettaarr IIFF 009966

PPrriirruuččnniikk zzaa kkoorriiššććeennjjee

2

1. SVRHA MERENJA Dilatometar se koristi za merenje deformabilnosti in-situ i za određivanje elastičnih konstanti stenskih materijala u konvencionalnim bušotinama.

Opseg modula deformacije i modula elastičnosti (Jungovog modula) koji se može meriti dilatometrom iznosi od oko 5 MPa do 25 GPa (50 do 250000 bara).

U poređenju sa ogledom raspinjačom, dilatometarski ogled pruža više prednosti:

smanjeni troškovi i povećana operativnost omogućuje izvođenje nekoliko ogleda na različitim dubinama u bušotini;

ispitivanje tla u stanju koje najviše moguće odgovara prirodnim mehaničkim i hidrauličkim uslovima;

mogućnost korišćenja visokih pritisaka (do cca 8-10 MPa tj. 80-100 bara)

mogućnost određivanja anizotropije stenske formacije.

2. DEFINICIJA MODULA

Dilatometar meri promene prečnika bušotine u tri jednako raspoređena pravca. Tako za svaki test dobijamo tri krive nalik na krive sa slike 1. Svaka kriva odgovara jednom mernom pravcu.

Iz svakog dilatometarskog testa, moguće je izračunati:

- vrednosti modula deformacije koje odgovaraju svakom mernom pravcu;

- za svaki dati ciklus opterećenja, vrednosti modula elastičnosti koje odgovaraju svakom mernom pravcu.

Naknadno je moguće odrediti srednju vrednost iz serije od 3 vrednosti ili iz dobijenih vrednosti ustanoviti anizotropiju testiranog materijala.

Slika 1 ilustruje gornje definicije:

3

Izračunavanje modula

Izračunavanje modula se vrši LAME-ovom cevnom formulom:

gde je:

E - Jungov modul

- Poasonov koeficijent ispitivanog materijala

D0 - prečnik bušotine za pritisak p0

D - promena prečnika bušotine D vezana za porast dilatometarskog pritiska od p0 do pi

ppriraštaj pritiska (pi - p0)

Dilatometar ne omogućava određivanje Poasonovog koeficijenta Za njega treba koristiti rezultate drugih ogleda (na primer laboratorijskih). Kao alternativa, mogu se koristiti procenjene vrednosti koje su se, generalno, pokazale kao sasvim zadovoljavajuće.

Vrednost Poasonovog koeficijenta za stene je obično između 0.15 i 0.25, tako da se u odsustvu drugih vrednosti preporučuje usvajanje vrednosti od npr. 0.20. Za pesak se može koristiti vrednost 0.33, a za stišljive i vrlo stišljive gline vrednost 0.40.

Dilatometar meri promenu prečnika u 3 (ili 4) jednako raspoređena pravca. Tako se za svaki ogled dobijaju 3 (ili 4 krive) kao one prikazane na slici 1. Svaka kriva odgovara jednom od 3 (ili 4) merna pravca.

3. OPŠTI OPIS OPREME

Oprema se sastoji od:

dilatometarske sonde

zaštitne cevi

crevo za gas dužine 100 metara

električni kabl dužine 100 metara

aluminijumski štapovi za orijentisanje (30 metara)

stanica za očitavanje senzora

uređaj za merenje pritiska (kontrolna jedinica za pritisak)

boca sa azotom

0(1 )D

E pD

4

Slika 2. Dispozitiv ogleda

5

3.1 Dilatometarska sonda

Dilatometarska sonda od 96mm je cilindri-čnog oblika, sa telom od čelika koje je pokri-veno ojačanim gumenim omotačem, zvanim "manžetna".

Na oba kraja sonde, manžetna je pričvršćena za telo sonde što obezbeđuje vodonepropus-tljivost i mehaničku vezu.

Tri deformaciona senzora (LVDT), smeštena u centralni deo instrumenta, omogućuju merenje promena prečnika do 25mm. Senzori su postavljeni pod uglom od 120°, jedan u odnosu na drugi. Smešteni su na odstojanju od 75mm jedan od drugog, duž ose instru-menta.

Signali sa senzora se prenose preko elektri-čnog kabla do merne stanice izvan bušotine.

Da bi se naduvala manžetna, mora se naneti pritisak iz izvora van bušotine kroz specijalno crevo koje je spojeno sa sondom. Pritisak se nanosi komprimovanim azotom.

Na slici 3 je prikazana shematska ilustracija dilatometarske sonde. Deformacioni senzori su obeleženi na sledeći način:

Senzor br. 1: gornji senzor Senzor br. 2: srednji senzor Senzor br. 3: donji senzor

Slika 3:

1. Ojačana gumena manžetna 2. Deformacioni senzori 3. Linija pritiska 4. Priključak za električni kabl 5. Zaštitna cev sa vezom za štapove 6. Kuka za sajlu od bušaćeg pribora

7. Veza sa dilatometrom

6

3.2 Uređaj za merenje pritiska i deformacija

Uređaj za merenje deformacija se sastoji od jedinice za napajanje strujom, tri digitalna displeja za deformacion senzore i jednog digitalnog displeja za pritisak.

1. Displej za deformacioni senzor 1 (gornji senzor)

2. Displej za deformacioni senzor 2 (srednji senzor)

3. Displej za deformacioni senzor 3 (donji senzor)

4. Displej za pritisak (u barima)

5. Test baterije

6. Prekidač za "fiksiranje" mernih podataka

7. Prekidač za uključivanje/isključivanje

8. Glavni priključak za napajanje strujom (230 V)

9. Priključak za spoljnu bateriju od 12 volti

10. Veza sa dilatometarskom sondom (probe)

11. Veza sa laptopom (RS232)

7

3.3 Uređaj za merenje pritiska

Uređaj za merenje pritiska se sastoji od:

1. Priključak za bocu sa azotom (ulaz)

2. Priključak za sondu (izlaz)

3. Manometar od 16 bara

4. Manometar od 160 bara

5. Regulacionog ventila

6. Ventil za ispuštanje gasa

7. Sigurnosni ventil od 16 bara

8

3.4 Uređaj za napajanje

Koristi se za napajanje terenskog notebook računara Rocky II.

Sastoji se od:

1. Priključka za naizmeničnu struju 230V

2. Priključka za jednosmernu struju za napajanje kompjutera 12V

3. Kontrolne lampe za punjenje

9

4. MERENJE DEFORMACIJE U BUŠOTINI

4.1 Uslovi za bušotinu

1. Pre svega, za ogled je neophodna bušotina urađena dijamantskom krunicom. U jako ispucaloj stenskoj masi sa potencijalno nestabilnim zidovima bušotine, treba koristiti linijski sistem SK 6L. Bušotina za dilatometarski test se onda buši kao pilot bušotina od dna rupe od SK 6L. U ovom posebnom slučaju spoljni SK 6L niz za bušenje može da se koristi kao zaštitna cev i može da se ostavi u bušotini tokom bušenja pilot bušotine i tokom izvođenja ogleda. Spoljni zaštitni tjubing mora imati glatke unutrašnje strane, a krunica za jezgro mora biti u istoj ravni sa unutrašnjim prečnikom tjubinga.

2. Jezgra svake bušotine moraju se pohraniti u posebne kutije i odgovarajuće označiti. Kutije moraju biti dostupne inspekciji pre svakog ogleda.

3. Prečnik bušotine na delu koji se ispituje treba da bude 101 mm, a nikako manji od 96 mm. Posebno treba voditi računa da se izbegne lomljenje ose pilot bušotine (napr. usled ispiranja ili ekscentriciteta bušaće garniture). Pilot bušotine čiji je prečnik veći za 5 mm od propisanog dovode do situacije da merni opseg tri senzora ugrađenih u sondu bude iscrpljen već na početku ogleda.

4. Dubina pilot bušotine zavisi od broja i vrste ogleda koje treba izvesti, a takođe i od kvaliteta stene koja se ispituje.

U normalnim uslovima dubina iznosi

za 1 ogled - min 1.5 m max 2.5 m

za 2 ogleda - min 3.0 m max 5.0 m

5. Bušotina mora biti stabilna do dubine ispitivane oblasti. U nestabilnim bušotinama neophodni su zaštitne cevi. Ako se dilatometarska sonda zaglavi usled nedovoljne zaštite bušotine, izvođač će snositi odgovornost za gubitak instrumenta.

4.2 Priprema bušotine

Istražna bušotina (najbolje 146 mm) buši se do dubine na kojoj će se obaviti ispitivanje. Bušotina do ove dubine mora biti obezbeđen odgovarajućim tjubingom. Ako se bušenje vrši sa sržnim bušenjem (napr. SK6L) onda se i bušaći štap može iskoristiti kao tjubing.

Pilot bušotina (101 mm) za izvođenje ogleda mora da se buši od dna istražne bušotine. Pilot bušotina mora da bude dubine od minimalno 2m i maksimalno 3m.

10

4.3 Proba dilatometarske sonde

Pre nego što se obavi pojedinačno merenje ili serija merenja mora se proveriti da dilatometarski sistem ne ispušta gas.

Baždarenje deformacionih senzora može da se vrši samo kada je manžetna skinuta .

Pre vršenja merenja ili serije merenja dilatometarska sonda se mora testirati van bušotine .

Sondu treba povezati sa mernim instrumentom i ventilom za redukciju pritiska na boci sa azotom. Na displeju treba da se očitavaju negativne vrednosti od -4.000 do -7.000 mm.

Potom sondu treba napumpati na pritisak između 1.5 i 2.0 bara koji je potreban da se prevaziđe sopstveni otpor manžetne. Imajte u vidu da širenje naduvane manžetne nije ograničeno ničim .

Pažnja: Vrednosti pomeranja na mernom instrumentu ne smeju da prelaze vrednost od 15 mm zato što je opseg pomeranja sonde ograničen na 20 mm a 5 mm se troši u proceduri baždarenja.

Vrednosti pomeranja sada moraju da budu pozitivne.

Deformacije veće od 15 mm će oštetiti manžetnu a potom i deformacione senzore.

Posle smanjivanja pritiska na 0 bara manžetna se izduvava i vraća na početnu poziciju pri tome pritiskajući senzore. Displej bi trebalo sada da pokazuje negativne vrednosti od -4.000 mm do -7.000 mm.

4.4 Instalacija pomoću čeličnog užeta i aluminijumskih štapova za orijentaciju

Kroz zaštitnu cev se provuku crevo za gas i električni kabl i priključe za sondu. Potom se zaštitna cev pričvrsti za sondu pomoću dva šestougaona šrafa M10. Sonda se zatim zakači za vučnu sajlu bušaće garniture preko stremena na vrhu zaštitne cevi i postavi iznad bušotine. Treba voditi računa da se crevo za gas i električni kabl ne uvijaju. Uobičajeno je da se sonda uvede u bušotinu pomoću čelične sajle bušaćeg pribora i dodatnih aluminijumskih štapova (20x20mm, 3 m dužine) za orijentisanje sonde u bušotini.

Crevo za gas i električni kabl se moraju na svaka 3 metra pričvrstiti za čelićnu sajlu ili aluminijumski štap da bi se izbeglo njihovo oštećenje tokom izvlačenja. Kod plitkih bušotina (dubine manje od 100 m) za pričvršćivanje se može upotrebiti lepljiva traka. U slučaju dubokih bušotina moraju se upotrebiti šelne da bi se velika težina kabla i creva pričvrstila za čeličnu sajlu.

Pilot bušotina treba da bude pogodne dubine, ne mnogo duboka da bi se uštedelo na vremenu i troškovima bušenja, a opet dovoljno duboka da se omogući izbor odgovarajućih područja za ispitivanje. Gornji deo zaštitne cevi treba da ostane u tjubingu kao što je prikazano na slici br. 4.

11

Slika 4. Instalacija dilatometarske sonde u bušotinu

Pilot bušotina dubine 3 metra se pokazala kao pogodna, jer dozvoljava ispitivanje duže sekcije bušotine pomoću sonde, a potom određivanje konačne lokacije za ispitivanje. Ova procedura se preporučuje zato što se gumena manžetna može oštetiti ili uništiti i pri niskim pritiscima u slučaju da na zidu bušotine ima oštrih ivica (usled raspadnutosti ili naizmenične stratifikacije tvrdih i mekih slojeva stene. Ovaj poslednji slučaj je veoma kritičan zato što ga je nemoguće utvrditi u toku ispitivanja sondom. Zbog toga je od neprocenjive važnosti steći sliku o geometriji bušotine i fizičkim osobinama stenske mase ispitivanjem jezgra bušotine.

Pošto se izabere odgovarajuća lokacija testa i sonda postavi, procedura ispitivanja se započinje time što se nanosi odgovarajući pritisak na sondu i tako naduvava manžetna i tako nanosi mali pritisak na zid bušotine. Za procenu početnog pritiska mora se uzeti u obzir i pritisak vode u bušotini.

Sada se pritisak nanosi u stepenicama tako što se pri svakoj "stepenici" opterećenja pritisak drži na konstantnom nivou sve dok brzina deformacije ne padne na manje od 0,02 mm/min. Sve rezultate merenja treba crtati u funkciji vremena (formular je priložen u dodatku). Ovo je omogućeno time što se vrednost deformacije na displeju fiksira pritiskom na dugme "data hold".

12

Obično se izvodi nekoliko ciklusa opterećenja tokom dilatometarskog testa. Potom minimalni pritisak rasterećenja ne bi smeo biti manji od početnog pritiska opterećenja da bi se sprečilo proklizavanje sonde. Maksimalni pritisak ne bi smeo da pređe 80 bara.

Pažnja: Vrednosti pomeranja na mernom instrumentu ne smeju da prelaze vrednost od 15 mm zato što je opseg pomeranja sonde ograničen na 20 mm a 5 mm se troši u proceduri baždarenja.

13

5. ZAMENA GUMENE MANŽETNE

Pažnja: Posle svake zamene gumene manžetne neophodno je izbaždariti deformacione pretvarače – senzore.

Uputstvo za zamenu: 1. Fiksiraj sondu na donjem delom stegom ili kleštima.

2. Odšrafi (imbus ključem) šest šestougaonih šrafova koji se nalaze na gumenoj manžetni, na mestima gde se nalaze senzori.

3. Odvij prvi gornji deo sonde – glavu sa konektorima (pos.1). Upotrebi ključ-lančanicu od 12" sa nastavkom. Otkači signalni kabl (izvuci utičnicu iz glave). Odvij drugi gornji deo – cev (pos.2). Vrati kabl u telo sonde. Sa tela sonde skini plastičnu cilidričnu masku (pos.3).

4. Odvij gornju steznu navrtku (pos.4). Ona se odvija tako što se jedan kluč stavi u rupe stezne navrtke, a drugi u odgovarajuće žljebove na steznoj čauri koji se nalaze na strani do gumene mažetne. Odvijanje se može obaviti i pomoću ključeva-lančanica. Upozorenje: ne stavljati ključ-lančanicu preko steznog prstena već na slobodni deo stezne čaure do gumene mažetne.

5. Skini gornji stezni prsten (pos.5) laganim udarcima čekićem u mesinganu (pljosnatu) polugu, dimenzija 10x40x290 mm.

6. Skini gornju steznu čauru (pos.6), širenjem proreza pomoću šrafcigera. Šrafciger treba da bude naoštren da ne bi klizao.

7. Skini gornji odstojak (pos. 7).

8. Demontiraj donji deo sonde . Da bi to uradio fiksiraj u stegu ili klješta gornji deo tela sonde. Odvij donji deo – čep (pos.8).

9. Skini donji stezni komplet ponovljajući postupke od 4. do 7. Nemoj da pomešaš delove gornjeg i donjeg steznog kompleta.

10. Skini gumenu manžetnu na sledeći način:

Ubacite mesinganu čauru u dilatometar sa suprotne strane "konektorskog" dela. Postavite čeličnu šipku u mesinganu čauru. Veži "tregere" oko gumene manžetne i obmotaj ih oko ručke na čeličnoj šipki. Rotiraj čeličnu

14

šipku oko navoja. "Tregeri" će se zategnuti i svući manžetnu sa dilatometra.

11. Očisti sve delove pažljivo i podmaži silikonskom mašću.

12. Izvadi senzore iz njihovih ležišta. Očisti telo sonde od prljavštine i vode pomoću komprimovanog vazduha. Očisti senzore i gurni jezgro u kalem nekoliko puta da bi se uverio da u senzorima nema vode.

13. Podmaži senzore sa malo masti i proveri da li "klize". Potom vrati senzore u njihova ležišta.

14. Izbaždari senzore na sledeći način:

Uključi konektor u gornji deo. Poveži sondu sa mernom stanicom. Postavi uređaj za baždarenje otvorom od 15mm na senzor kao što je prikazano na slici. Pročitaj vrednost na displeju i zapiši. Onda postavi uređaj za baždarenje na senzor otvorom od 0 mm.

Razlika prikazanih vrednosti trebalo bi da bude +15 0.01mm.

Slika 5. Baždarenje senzora

Ova procedura baždarenja se ponavlja na sva tri senzora. Orijentacija senzora mora da bude kao na slici. Širi prečnik senzora mora da bude okrenut nagore.

Kontaktiraj INTERFELS Bad Betenheim (9949 5922 98980) ako očitane vrednosti na nekom od senzora nisu odgovarajuće.

15. Premaži telo sonde slojem silikonskog ulja.

16. Premaži unutrašnjost nove manžetne silikonskim uljem.

17. Gurni gumenu manžetnu preko tela sonde od donjeg ka gornjem delu. Na taj način gurni senzore zajedno i uvedi ih, jedan po jedan, u njihova ležišta.

18. Podesi gumenu manžetnu tako da položaj perforacija na manžetni odgovara položaju senzora.

19. Stavi donji odstojak preko donjeg dela gumene manžetne. Navuci donju steznu čauru korišćenjem šrafcigera i podmazivanjem mašću visokog kvaliteta.

20. Navuci stezni prsten.

15

21. Podmaži steznu navrtku. Pažljivo namesti donju steznu navrtku da ne bi došlo do oštećenja. Zašrafi je dobro koristeći odgovarajuće ključeve. Ako je zazor stezne čaure veći od 0.5 mm skini steznu navrtku i stezni prsten i obmotaj manžetnu sa jednim do dva sloja lepljive trake. Onda ponovo namesti stezni prsten. Pažnja: Pazi da se gumena manžetna ne uvrne!

Ako se manžetna uvrne prilikom šrafljenja stezne navrtke, senzori i njihovi graničnici će izaći iz pravca što izaziva pad preciznosti merenja pa čak i oštećenje senzora.

22. Montirajte gornji deo.

23. Zašrafite šestougaone šrafove. Šestougaoni šrafovi ubačeni u gumenu manžetnu služe kao merni "graničnici" za deformacione senzore. Njihov zadatak je da precizno prenesu širenje gumene manžetne do senzora-pretvarača.

24. Sklopite gornji deo. Otpustite stegu i uvrnite kabl u smeru suprotnom od kazaljke na satu, uvedite ga u gornji deo i zavrnite deo polako. Broj okretaja je jednak broju kablova.

25. Izvršite prvu probu dilatometarske sonde po proceduri opisanoj u glavi 4.3.

16

Dilatometarska oprema

Dilatometarska sonda: Kutija 190x15x28 cm ............................75 kg

Zaštitna cev: Kutija 235x15x28 cm.............................................50 kg

Signalni kabl i pneumatsko crevo : Motalica 75x75x90 cm .....125 kg

Cev za kontrolu sonde : Φu= 100 mm, L=120 cm ......................10 kg

Šipke za orijentaciju sonde: Kutija

Uređaj za kontrolu pritiska: Kutija

Mrežna centrala: Kutija

Ispravljač: kartonska kutija

Redukcioni ventil za plinsku bocu sa crevom: kartonska kutija

Rezervna mažetna: bez ambalaže

Pribor za zamenu manžetne

Dve boce plina

Kutija sa alatom

Potrošni materijal

Sto, stolice i suncobran

A. Sadržaj kutije sa alatom

čekić

šrafciger-veći

klješta – motocangle srednje

okasti ključ 24/27

viljuškasti ključevi : 12/13 , 16/17 , 20/22 i 24/27

ključ-lančanica

dva specijalna ključa za odvijanje steznog kompleta

imbus ključevi : 8, 5 i 4

skalper

rezervni šrafovi za senzore , i

tuba silikonskog ulja

17

B. Pribor za skidanje mažetne

velika klješta – motocangle

zaštitna mesingana čaura

specijalni mensingani odvijač za skidanje manžetne

dva profilisana čelična nastavka odvijača

mesingana poluga za skidanje steznog prstena

dva specijalna tregera za svlačenje mažetne , i

bonsek

C. Potrošni materijal

izolir traka

samolepljiva široka traka

kvalitetna mast za podmazivanje metala

pucval-krpa

D. Oprema uz notebook

eksterni flopi drajv

eksterni CD-ROM drajv

adapter/punjač za 220V (punjač+kabl)

adapter/punjač za 12V

RS232 kabl za vezu sa stanicom

slušalice

adapter za tastaturu PS/2

produžni kabl za slušalice/mikrofon - 2 komada

kutija disketa sa drajverima

COM adapter 9/25

priručnici za softver i sondu

CDROM sa softverom

diskete sa softverom