Technisch attest met betrekking tot de prestatiekenmerken inzake waterdichtheid en sterkte van het HI-PROsysteem conform het lastenboek.

Transcriptie

1 C.E.R.I.S.I.C. a.s.b.l. Centre d Etudes et de Recherches de l I.S.I.C.Ht Catégorie technique de la Haute Ecole Louvain en Hainaut Technisch attest met betrekking tot de prestatiekenmerken inzake waterdichtheid en sterkte van het HI-PROsysteem conform het lastenboek. C.E.R.I.S.I.C. asbl Avenue de l Hôpital 18A 7000 MONS

2 Hydroprotect-Waterschotten (Vloedplanken) Reeks proeven met het oog op de kwalificatie van de doeltreffendheid en de verbetering van de bedrijfszekerheid van het demonstratiemodel (HI-PRO) van het bedrijf Hydroprotect gebaseerd op het principe van schotbalken en bestemd om eengezinswoningen tegen overstromingen te beschermen. Validering van de mechanische eigenschappen van het systeem, Statische, dynamische proeven, resultaten, verbeteringen en besluit Inhoud van het eindrapport (op 20 januari 2014): - Voorstelling van het demonstratiemodel en de proefopstelling - Experimentele bepaling van de mechanische eigenschappen van het waterschot (de vloedplank) - Proeven in statisch-hydraulische toestand - Proeven in dynamisch-hydraulische toestand - Besluit Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 2

3 1. Voorstelling van het demonstratiemodel en de proefopstelling 1.1 Het demonstratiemodel Samenstelling van het pakket dat ter beschikking werd gesteld 1) Aluminium muurprofiel (2 stuks) 2) Afneembaar profiel in aluminium (2 stuks) 3) Clips: 4 stuks (2 per afneembaar profiel) 4) EPDM-dichtingsvoet (2 stuks) Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 3

4 5) gebakeliseerde plaat van 21 mm 6) Verticale dichting 15/15 in EPDM celrubber: 4 stuks, lengte 600 mm (2 gekleefd in de dubbele groef achter van elk muurprofiel) 7) Verticale dichting 15/20 mm in EPDM celrubber: 2 stuks, lengte 500 mm, gekleefd in de binnengroeven van het afneembaar profiel 8) Horizontale dichting van 20/15 mm in EPDM celrubber: 1 stuk, lengte 1200 mm (gekleefd op de onderkant van de gebakeliseerde plaat) 9) Pakkingsring in EPDM celrubber met een diameter van 5 mm: komt in de sleuf van het muurprofiel te liggen voor een perfecte afdichting met het afneembaar profiel 10) Hoekprofiel van 50/50 doorboord met een schroefgat M8 en met een gat van 8.5 mm diameter. Dit hoekprofiel is van kapitaal belang voor de uitoefening van een neerwaartse kracht op het waterschot. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 4

5 1.2 Proefopstelling Proef in droge omstandigheden 1) Het kader De randen van het kader worden stevig vastgezet. Een opwaartse kracht wordt op het midden van het waterschot uitgeoefend. Het model dat hier in aanmerking wordt genomen is een aan beide zijden ondersteunde balk met in het midden een puntbelasting. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 5

6 2) Lasermeting vervorming 2 optische sensoren worden ingezet om de vervormingen van het waterschot/de vloedplank tijdens de proeven te evalueren. Beide sensoren zijn aangesloten op een gegevensverwervingssysteem en geven real-time meetwaarden. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 6

7 3) Belasting en krachtsensor Een loopkat in het laboratorium wordt ingezet om het proefpakket onder belasting te brengen. Met een weeghaak die aan de takelhaak van de loopkat wordt opgehangen kan de kracht die het demonstratiemodel te verduren krijgt in cijfers uitgedrukt worden. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 7

8 1.2.2 Het reservoir Het reservoir heeft volgende afmetingen: l = 4000 mm; b = 1000 mm ; h = 1000 mm Met een uitneembaar tussenschot kan het water in de helft van het reservoir geïsoleerd worden. Het demonstratiemodel werd in het reservoir doelbewust op een plaats neergezet waar de verticale wanden en de bodem niet helemaal recht zijn. De verticale wanden hebben een afwijking van maximaal 5 mm (positie 1 op de foto hieronder). Het bodemreliëf van het reservoir heeft een afwijking van maximaal 6 mm (positie 2 op de foto hieronder). In het midden van de bodemplaat loopt ook een lasnaad. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 8

9 1 2 De lasersensoren zijn op het reservoir gericht. Zij meten de vervorming van het demonstratiemodel op een hoogte van 100 mm en 450 mm boven de bodem van het reservoir. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 9

10 1.2.3 De hydraulische installatie Met de pompinrichting worden dynamische krachten op het demonstratiemodel (golven) losgelaten. Vermogen elektrische motor: 90 KW Pomp : - Maximum debiet: 830 L/min - Maximum druk: 55 Bars Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 10

11 2. Experimentele bepaling van de mechanische eigenschappen van het waterschot (de vloedplank Opmerkingen : - Om de reproduceerbaarheid van de resultaten te kunnen garanderen, werd elke hierna nauwkeurig uiteengezette proef minstens tweemaal uitgevoerd. - Er werd geopteerd voor panelen met een identieke referentie die door twee verschillende leveranciers (A en B) werden aangeleverd 2.1 Beschrijving van de statische proef nr 1 en de resultaten Model proefplank: - L = 1200 mm / b = 600 mm / d = 21 mm (leverancier A) - Tussen de twee steunpunten ligt een afstand van 1100 mm Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 11

12 Vervorming mm CERISIC : Centre d Etudes et de Recherches de l ISIC, Avenue de l hopital 7000 Mons De gedetailleerde resultaten zijn beschikbaar in bijgaand bestand : pal_stat_1 Evolutie van de vervorming, de elasticiteitsmodulus en de buigspanning in verhouding tot de toegepaste belasting tot breuk van de plank optreedt. Vervorming / belasting 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 650; 66, belasting Kg Moyenne mm E N/mm² 6700, , , , , , , , , , E N/mm² Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 12

13 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Buigspanning σ N/mm² Sigma σ N/mm² Besluit: - Niettegenstaande de anisotrope structuur van het materiaal, blijft de elasticiteitsmodulus (E) stabiel tijdens de proef. Een gemiddelde waarde van 6500 N/mm² (of 650 kg/mm²) wordt geregistreerd. - het materiaal heeft een zeer groot elastisch gebied, bij overschrijding van dat gebied breekt het materiaal en verliest het al zijn eigenschappen. Concreet, is het waterschot/de vloedplank bestand tegen een belasting van ongeveer 600 kg, bij een grotere belasting begint het materiaal te breken. - Een elasticiteitsgrens van 37,5 N/mm² (of 3,75 kg/mm²) wordt in aanmerking genomen - De breekgrens van het materiaal ligt om en bij 40,5 N/mm² (of 4,05 kg/mm²) Toegepaste belasting Begin van breuk Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 13

14 2.2 Beschrijving van de statische proef nr 2 en de resultaten Model proefplank: - L = 1200 mm / b = 500 mm / d = 21 mm (leverancier B) - Tussen de twee steunpunten ligt een afstand van 1100 mm - Bij deze proef worden ook de aluminiumprofielen en het kader gebruikt De gedetailleerde resultaten zijn beschikbaar in bijgaand bestand: pal_stat_2 Evolutie van de vervorming, de elasticiteitsmodulus en de buigspanning in verhouding tot de toegepaste belasting tot breuk van de plank optreedt. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 14

15 Vervorming mm CERISIC : Centre d Etudes et de Recherches de l ISIC, Avenue de l hopital 7000 Mons Vervorming/belasting 80,00 60,00 40,00 20,00 0, Belasting Kg Moyenne mm 10000, , , , ,00 0,00 E N/mm² E N/mm² 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 Buigspanning σ N/mm² Sigma σ N/mm² 0, Besluit: - Niettegenstaande de anisotrope structuur van het materiaal, blijft de elasticiteitsmodulus (E) stabiel tijdens de proef. Een gemiddelde waarde van 8230 N/mm² (of 823 kg/mm²) wordt geregistreerd. - het materiaal heeft een zeer groot elastisch gebied, bij overschrijding van dat gebied breekt het materiaal en verliest het al zijn eigenschappen. Concreet, is het waterschot/de vloedplank bestand tegen een belasting van ongeveer 580 kg, bij een grotere belasting begint het materiaal te breken. - Een elasticiteitsgrens van 39 N/mm² (of 3,9 kg/mm²) wordt in aanmerking genomen De breekgrens van het materiaal ligt om en bij 43 N/mm² (of 4,3 kg/mm²). Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 15

16 Aandrukking dichting in mm CERISIC : Centre d Etudes et de Recherches de l ISIC, Avenue de l hopital 7000 Mons Evolutie van de vervorming van de dichting gelijmd in het beweegbare profiel (metingen met schuifpasser bij elke belasting) 12,00 Vervorming dichting 10,00 8,00 6,00 4,00 Déformée joint 2,00 0,00-2, Belasting in Kg Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 16

17 vervorming in mm CERISIC : Centre d Etudes et de Recherches de l ISIC, Avenue de l hopital 7000 Mons Besluit : - Progressieve aandrukking van de dichtingen en geen blijvende vervorming van de dichting na belasting - Geen noemenswaardige vervorming van de vaste en beweegbare profielen in aluminium. Hun dimensionering is dus perfect geschikt voor de bedrijfsbelasting. 2.2 Beschrijving van de dynamische proef nr 3 en de resultaten Model proefplank: - L = 1200 mm / b = 500 mm / d = 21 mm (leverancier B) - Tussen de twee steunpunten ligt een afstand van 1100 mm - Bij deze proef worden ook de aluminiumprofielen en het kader gebruikt - Een last van kg wordt van op een hoogte van 50 cm op het midden van de plank losgelaten De gedetailleerde resultaten zijn beschikbaar in bijgaand bestand : pal_dyn_3 Déformées relevées en temps réel par les deux capteurs lasers ,2 41,4 41,6 41, ,2 42,4 42,6 42,8 43 Capteur 1 Capteur 2 Tijd in seconden Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 17

18 Besluit : - Geen blijvende vervorming van het systeem! - De afwijking in de curven voorbij 42,2 sec heeft te maken met de massa die op de plank stuitert en niet meer in het midden van de plank blijft - Bij toepassing van de wet van behoud van energie: we kunnen stellen dat de kinetische energie (E=mv²/2) die een massa heeft verworven tijdens zijn val op het moment van de impact door een veer (de plank) wordt geabsorbeerd (E=kx²/2) + E = energie uitgedrukt in Joule - + m = massa van kg - + k = stijfheid van de veer, hier die van de plank in het elastisch gebied - + x = aandrukking van de veer, hier de vervorming van de plank We kunnen dus schrijven dat E=mv²/2=kx²/2 Bij berekening krijgen we dus een theoretische vervorming van de plank van 45 mm. De proef wijst op een totale vervorming van 45 mm bestaande uit de aandrukking van de dichting en de vervorming van de plank. De reële vervorming van de plank is dus kleiner dan de theoretisch berekende vervorming. Dit verschil is te verklaren door twee belangrijke oorzaken: + de losgelaten massa heeft een breedte van 300 mm. Het verband tussen die afstand en de lengte van 1100 mm tussen de steunpunten is dus niet meer verwaarloosbaar. De puntbelasting is dus niet meer pal in het midden van de plank maar over 300 mm verdeeld. Een belasting van die omvang in het voordeel van de sterkte van de plank uit en heeft logischerwijze een veel geringere vervorming tot gevolg. + de EPDM-dichtingen die in de afneembare profielen zijn gelijmd, reageren als schokdempers en breken de val. Door de impact worden ze aangedrukt en absorberen zij een deel van de kinetische energie van de vallende massa. 3. Proeven in statisch-hydraulische toestand Beschrijving van de proef: - Proefplank: l = 1000 mm / b = 500 mm / d = 21 mm (leverancier B) - Tussen de steunpunten ligt een afstand van 900 mm - Het complete demonstratiemodel wordt in het reservoir gemonteerd volgens de montageprocedure en instructies van de leverancier - Het demonstratiemodel wordt progressief belast. Het water mag niet hoger reiken dan 500 mm. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 18

19 - Visuele controle tijdens de belasting maakt het mogelijk om eventuele lekken te evalueren, na 24 uur en na 48 uur statische belasting - Met lasersensoren worden de progressieve vervormingen van het model tijdens de belasting gemeten. Vaststellingen : - Geen noemenswaardige vervorming van de plank wordt vastgesteld of gemeten door de neerwaartse druk op de plank nodig om de dichting van 1000 mm onderaan de plank aan te drukken - De vaste profielen in aluminium moet voldoende stevig tegen de wanden aangedrukt worden om hoekrotatie van de vaste en afneembare profielen te voorkomen. Die rotatie is het gevolg van de ongelijke aandrukking van beide dichtingen die de waterdichtheid van de vaste profielen met de wanden garanderen - Het hele systeem is na 48 uur belasting volledig waterdicht - Een lichte, natuurlijke porositeit van de dichtingsvoeten en de dichting van 1000 mm onder de plank is waarneembaar. Daarvan getuigt een lichte vochtdoorslag, zichtbare vochtigheid, niet eens meetbaar, absoluut verwaarloosbaar en die na enkele uren verdwijnt - Uit een theoretische studie van de vervorming van de onderkant van de plank (grotere druk) blijkt dat: o Bij een waterkolom van 500 mm zou er een vervorming van 6.7 mm moeten zijn met als gevolg een spanning van 6.8 N/mm² (of 0.68 kg/mm²). Absoluut aanvaardbare waarden voor dit type van plank. o De opgetekende waarden zijn kleiner dan de berekende waarden door de aanwezigheid van de dichting onderaan die tegen de bodem van het reservoir wordt aangedrukt. Door de wrijving van die dichting op de bodem van het reservoir wordt de vervorming van de plank sterk afgeremd.. 4. Proeven in dynamisch-hydraulische toestand 4.1 Golfslagsimulatie Beschrijving van de proef: - Proefplank: l = 1000 mm / b = 500 mm / d = 21 mm (leverancier B) - Tussen de steunpunten ligt een afstand van 900 mm - Het complete demonstratiemodel wordt in het reservoir gemonteerd volgens de montageprocedure en instructies van de leverancier. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 19

20 - Om overlopen door de dynamische kracht van het water te voorkomen, reikt het niveau van het water niet hoger dan 350 mm - De dynamische kracht wordt ontwikkeld door een krachtige waterstraal die door de hydraulische installatie van het laboratorium wordt aangedreven. De druk van de waterstraal bedraagt 25 bar en de straal heeft een debiet van 325 l/min. De waterstraal heeft een hoek van 45 ten opzichte van het wateroppervlak en is 1500 m van het demonstratiemodel verwijderd - Visuele controle maakt het mogelijk om in real-time eventuele lekken te evalueren - Met lasersensoren worden de progressieve vervormingen van het model tijdens de belasting gemeten. Illustratie van de waterstraal en de eigenschappen ervan Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 20

21 Illustratie van de dynamische krachten Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 21

22 Vervorming in mm CERISIC : Centre d Etudes et de Recherches de l ISIC, Avenue de l hopital 7000 Mons Vaststellingen: - Het demonstratiemodel heeft niet de minste last van de bedrijfsbelastingen - Het weinige water dat op de foto s te zien is, is spatwater Registratie in real-time van de vervormingen Vervormingen van het demonstratiemodel Tijd in seconden Capteur niveau 100 mm Capteur niveau 450 mm De gedetailleerde resultaten zijn beschikbaar in bijgaand bestand : pal_dyn_hyd_4. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 22

23 Besluit : - De golfslag heeft geen enkele invloed op de onderkant van het waterschot (sensor niveau 100 mm) - Gering zijn de vervormingen (maximum 2 mm) die door de tweede sensor geregistreerd worden. De spanningen als gevolg van die vervormingen zijn verwaarloosbaar in verhouding tot de elasticiteitsgrens van de planken 4.2 Simulatie van een krachtige waterstroom Beschrijving van de proef: - Proefplank: l = 1000 mm / b = 500 mm / d = 21 mm (leverancier B) - Tussen de steunpunten ligt een afstand van 900 mm - Het complete demonstratiemodel wordt in het reservoir gemonteerd volgens de montageprocedure en instructies van de leverancier - Om overlopen door de dynamische kracht van het water te voorkomen, reikt het niveau van het water niet hoger dan 350 mm - Drijfhout ligt in het water om de reële omstandigheden zo getrouw mogelijk weer te geven - Visuele controle maakt het mogelijk om in real-time eventuele lekken te evalueren - Met lasersensoren worden de progressieve vervormingen van het model tijdens het loslaten van de krachtige waterstroom gemeten. Voor die proeven, waarbij opspattend water onvermijdelijk is, worden voorzorgen genomen om de sensoren te beschermen. Voorstelling van het proefstation Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 23

24 Bij het loslaten van de krachtige waterstroom houdt het onderste deel van het waterschot van het reservoir stand en komt het bovenste deel vrij. De plaat draait dus rond het onderste deel dat dienst doet als scharnier. Illustratie van een waterstroom die wordt losgelaten Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 24

25 - Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 25

26 Vervorming in mm CERISIC : Centre d Etudes et de Recherches de l ISIC, Avenue de l hopital 7000 Mons Vaststellingen : - Het demonstratiemodel voldoet over de hele lijn na herhaalde, zeer belastende proeven - De waterdichtheid houdt stand. Registratie van de vervormingen in real-time Capteur niveau 450 Capteur niveau tijd in sec De gedetailleerde resultaten zijn beschikbaar in bijgaand bestand : pal_dyn_hyd_5 Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 26

27 Vaststellingen : - 18 mm is de grootste vervorming die door de sensor op niveau 100 mm werd waargenomen en wel als gevolg van de elasticiteit van het demonstratiemodel als geheel (dichtingen en plank) - Het waterschot/de vloedplank en de bevestigingen worden dus aan aanvaardbare bedrijfsbelastingen blootgesteld. Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 27

28 5. Eindbesluit omtrent alle uitgevoerde proeven op het demonstratiemodel HI-PRO Met in achtneming van de duidelijk context uiteengezet in de inleiding en in de verschillende hoofdstukken van dit rapport, meer bepaald:: - De beschrijving van de verschillende onderdelen van het demonstratiemodel die ons ter beschikking werden gesteld - De beschrijving van onze proef- en meetinstallaties - De beschrijving van de hele reeks proeven Het onderzoek van de resultaten uit de proeven en de verschillende visuele vaststellingen, laten ons toe om de overeenstemming te valideren tussen de doeltreffendheid van het demonstratiemodel waar de onderneming Hydroprotect op uit is en de doeltreffendheid die wij in ons proef- en meetlaboratorium hebben vastgesteld. - De bepaling van de mechanische eigenschappen van het waterschot/de vloedplank liet ons toe: o De mechanische sterkte te valideren door de verhouding te kunnen vastleggen tussen de spanningen die de plank in statische omstandigheden doorstaat en de spanningen in geval van belasting met een waterkolom van 500 mm. Die verhouding, uitgedrukt in veiligheidscoëfficiënt is 7 o De stevige stabiliteit te valideren van de vaste en afneembare profielen in aluminium - De hydraulische proeven onder een belasting van een waterkolom van 500 mm lieten ons toe: o De perfecte waterdichtheid van de verschillende dichtingen, zelfs na 48 uur belasting, te valideren o Te wijzen op het belang van duidelijke en gedetailleerde montage-instructies met het oog op een doeltreffend gebruik van het pakket o Vast te stellen dat de vochtdoorslag te wijten aan de porositeit van de dichtingen vermindert naarmate die dichtingen harder worden aangedrukt Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 28

29 - De golfslagsimulatieproeven en de simulatie van een krachtige waterstroom (dynamische proeven) lieten ons toe: o Het demonstratiemodel te onderwerpen aan hevige bedrijfsbelastingen die weinig voorkomende reële omstandigheden sterk benaderen o De perfecte stabiliteit van het hele pakket te valideren o De afwezigheid van lekken te valideren Opmerkingen: - Als bijlage gaan 5 Excelbestanden met alle resultaten van de diverse metingen - De onderneming Hydroprotect ontving verschillende foto s en video s die tijdens de reeks proeven werden genomen Gedaan te Mons op 30 januari 2014, J. Callemeyn CERISIC Proeven en prestatiekenmerken Hydroprotect-Waterschot Page 29