? ? onderzoek ? detailir.A. Th. Verme/tfoort, TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde, capaciteitsgroep COHet nauwkeurig meten van vervormingen van op druk belaste proefstukken is een fre?quent terugkerend probleem. Met ESPI, een contactloos meetsysteem, kan de vervor?mingvan oppervlakken metgrotenauwkeurigheid worden gevolgd, zodat bijvoorbeelddeE?modulus van de mortel in de voegen van metselwerk kan worden bepaald, hetgeen metconventionele methoden moeilijk lukt. Een andere toepassing is het volgen van hetscheurproces in een gekerfd betonnen proefstuk.ESPI: VOORVERVORMINGSMETINGENAANSTEENACHTIGE MATERIALENDit onderzoek kwam tot stand met steun van destichting stapelbouw.CD Meten van steenvervorming met induc-tieve opnemers (links) en klembeugel metrekstrookjes50Het kracht-vervormingsverband van eenmateriaal is een belangrijk ontwerpgegeven.Om dit verband te kunnen vaststellen moetbij een meetlengte van bijvoorbeeld 100 mmde meetnauwkeurigheid in de orde van en-kele I-tm's liggen. Als de meetlengte groterwordt gekozen, mag de meetnauwkeurig-heid kleiner zijn.Indien in een proefstuk plaatselijk zwakke ofstijve delen voorkomen, zoals een krimp-scheur of een grindkorrel, dan heeft dat gro-te invloed bij een (te) kleine meetlengte [1,2].Methoden en kenmerkenBekende vervormingsopnemers zijn rek-strookjes, inductieve opnemers (foto 1),meetklokjes en de afneembare mechani-sche rekmeter (ook wel demec of fenderge-noemd).Rekstrookjes worden op het materiaal ge-plakt of ingestort en kunnen meten overlengten van 6 mm tot 150 mm, afhankelijkvan het type. Rekstrookjes worden ook toe-gepast in drukdozen die worden gebruikt omde belasting te meten of in klembeugelsvoor het indirect meten van vervormingen.Voor de andere opnemers worden meet-puntjes ofstalen blokjes voor de bevestigingvan de opnemers op het proefstuk gelijmd.De meetlengte ligt meestal tussen de 40 en300 mm, maar kan tot weil m worden ver-groot.Kenmerk van de genoemde instrumenten isdat ze tussen twee punten de vormverande-ring meten. Met optische methoden, zoals?Moir?, Holografie of (E)SPI, waarvoor geenlijmwerk nodig is, wordt daarentegen de ver-plaatsing van de punten van een oppervlakwaargenomen. Bij bijvoorbeeld ESPI is ditoppervlak verdeeld in 768 bij 572 'pixels'.ESPIESPI is de afkorting van: Elektronische Spik-kel Patroon Interferrometrie. Met ESPI wordteen proefstuk met een laser belichten wordthet gereflecteerde licht opgevangen meteen digitale camera. Door van twee kantente belichten interferreerthet licht en ont-staanspikkelpatronen die verderworden ge-analyseerd. Op foto 2 is links de kop van hetESPI-apparaatte zien, met in hetmidden delens van de digitale camera en opzij vierspiegels waarmee hetlaserlicht kan wordengericht. Rechts zien we het ESPI-apparaatvan opzij.De werking van het ESPI S030-systeemwordt hierna uitgelegd aan de hand van eenproef op een schijfje metselwerk, dat opdruk wordt belast via een strookje kurk.1. Eerst wordt het proefstuk in de opstellinggeplaatst (foto 3) en wordt het ESPI-appa-raat opgesteld en ingeregeld. Daarbij wordthet beeld van de digitale videocamera ge-bruikt. De spiegels zijn draaibaar, waardoorde laserstralen optimaal op het proefstukkunnen worden gericht.2. Tijdens de proef wordt de belasting instappen opgebracht, terwijl het proefstuk viaeen in twee?n gesplitste laserstraal vantwee kanten wordt belicht. Na elke belas-tingstap wordt hetgereflecteerde licht, in devorm van een spikkelpatroon (fig. 4) opge-vangen via de digitale camera en in decom-puter opgeslagen. Met een 'shutter' kan delaser naar wens in de X-, Y- of Z-richting wor-den geschakeld om de verplaatsingen in dierichtingen te meten.Bij de analyse worden telkens twee spikkel-patronen 'van elkaar afgetrokken', waardoorlijnenpatronen ontstaan (fig. 5), vergelijk-baar met Moir?-patronen. Hierbij wordt spe-ciaal ontwikkelde software gebruikt, waar-CEMENT1998/6@ Proefopstelling met het ESPI-apparaat. Links de voorzijde, rechts een zijaanzicht ? Schijfje metselwerk belast via kurk10 20 30 40Breedte[mm]J?; -0.70 ?/00-{> -0.60 ?/00w -0.51 ?/00?0 -0.41 ?/00"'C;'" -0.32 %0..",... -0.22 ?/00@ -0.13 ?/006 -0.03 % 0+-~--r--'-----r.....L.0co0LOE 0.s """'" 0?, C:"')00I 0(\J\200? Lijnenpatroon uit spikkelpatronen(J) Rekken berekend uit de verplaatsingen.Deellijn steen/mortel op ca. 45 mm hoog10 20 30 40Breedte [mm]tr -14.44IJm' -12.40 lJmw -10.36IJmo -8.32IJm,9?? -6.28IJm'" -4.24IJm@ -2.21IJm-+-_r'--,--'--,'--...L,--,-'6 -0.17 IJmReferentiepuntAls een observatievlak ergens in het midden van een proefstuk ligt, dient voor de verplaat-sing van het referentiepunt een keuze te worden gemaakt of moet die verplaatsing wor-den gemeten. Door te tellen hoeveel lijnen tijdens het opvoeren van de belasting hetbeeld passeren, kan ook een indicatie van de verplaatsing van het gehele vlak wordenverkregen. We spreken dan van het in 'real time' volgen van de 'rigid body motion'. Door deproefanders in te richten kan dit effect worden geminimaliseerd.0co0LOE 0.s ",.'" 0?, C:"')00I 0(\J\200? Contourplot van de verplaatsingen@ Spikkelpatroondoor dit proces simpel en snel verloopt.3. Doorde afstand van hetESPI-apparaattothet proefstuk en de gevoeligheid (golflengtelaser) in te voeren, worden aan de lijnenpa~tronen de werkelijke verplaatsingen toege-kend. Daarbij moetvan een punt de 'werkelij-ke' verplaatsing worden opgegeven (zie on-derstaand kader). In het voorbeeld ligt datpunt in het midden van de onderrand en ne-men we aan dat de verplaatsing daar nul is.Alle andere verplaatsingen worden hieraangerelateerd.In figuur 6, waarin de verplaatsingen van depunten van het geobserveerde oppervlakmet contourlijnen zijn aangegeven, onder-gingen lijnen met hetzelfde merkteken de-zelfde verplaatsing in de betreffende last-stap. Zo verplaatsten alle sterretjes zich10,36 Itm en alle zeshoekjes zich 8,32 Itmnaar beneden. De afstand tussen de sterre-tjes en de zeshoekjes is ongeveer 9 mm,hetgeen neerkomt op een rek van (10,36-8,32)/9 = 0,22 %0.4. De rekken kunnen ook met de softwareworden bepaald. Daarbij wordt het verplaat-singsverschil tussen twee punten berekenct,vergelijkbaar met bovengegeven voorbeeld.Op dezelfde manierals bij de verplaatsingenkan een contourplot van de rekken wordengemaakt (fig. 7).- - - - - - - - -- - - -- - - - - ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -_ AEliminatie van de 'rigid body motion'. Bij eenop doorbuiging belaste balk verplaatst hetmiddenvlak veel (A). Door in het midden eensteunpunt te kiezen en de beide einden naarboven te bewegen, blijft het middenvlak(bijna) op zijn plaats (B)_ BCEMENT1998/6 51? ? onderzoek ? detail0.20cr 1 =1.4 N/mm 2cr 2 = 3.1 N/mm 2--El---- midden in de voeg---......- onderste steen--El---- bovenste steen0.080.060.10""0"ij)tE~ 0.04