Brzozowski T - Badania dynamiczne nośności pali wierconych.pdf

(886 KB) Pobierz
Microsoft Word - Artykuł_T_Brzozowski_Krynica_2007.doc
Tadeusz BRZOZOWSKI 1
BADANIA DYNAMICZNE NOŚNOŚCI PALI WIERCONYCH
W ŚWIETLE PRÓBNYCH OBCIĄŻEŃ STATYCZNYCH
1. Wstęp
Metoda wysoko-odkształceniowych badań dynamicznych ( z ang. high-strain ) stosowana
jest na świecie najczęściej dla pali wbijanych. Od wielu lat wykorzystywana jest również dla
pali wykonywanych w gruncie. Metodę badań dynamicznych zastosowano po raz pierwszy
w Polsce w 1999 r.
W pracy przedstawiono krótką analizę wykonanych w kraju badań dynamicznych
nośności pali wierconych w porównaniu z próbnymi obciążeniami statycznymi wykonanymi
jako badania korelacyjne. Badania przeprowadził w latach 2001-2007 zespół naukowy
Katedry Geotechniki Politechniki Gdańskiej pod kierownictwem prof. Andrzeja Tejchmana
a następnie prof. Kazimierza Gwizdały.
Zagadnienia związane z badaniami dynamicznymi omawiano już w kilku artykułach
prezentowanych w czasopismach i na konferencjach krajowych ([2], [3], [5], [9], [10], [11]).
Z powyższego powodu pominięto szczegółowe omówienie metody, skupiając się na
przedstawieniu spostrzeżeń z badań i interpretacji oraz analizie badań wykonanych dla pali
wierconych w porównaniu do badań statycznych.
2. Metoda badawcza
Badanie dynamiczne polega uderzeniu w specjalnie przygotowaną głowicę pala młotem
kafara lub innym ciężarem prowadzonym w prowadnicach i wywołaniu w palu fali naprężeń.
Za pomocą czujników zamontowanych na palu poniżej głowicy, mierzy się przyspieszenie
i odkształcenie w czasie.
Przenośny komputer we współpracy ze wzmacniaczem i przetwornikiem sygnałów
rejestruje dane (rys. 1). Na podstawie parametrów podłoża (najlepiej w postaci wyników
sondowania statycznego) i pala przygotowuje się model analityczny układu młot–pal–grunt ,
który umożliwia (na podstawie wielkości zarejestrowanych w czasie uderzenia) określenie
zależności obciążenie – osiadanie oraz ekwiwalentnej do statycznej nośności pala.
Metoda badań dynamicznych uznawana jest za porównywalną z badaniem statycznym
umożliwiając ocenę nośności pali. Potwierdza to szereg otrzymanych na świecie wyników
z obu badań ([4], [7], [8]). W większości norm i wytycznych na świecie (np. [12], [13], [16])
zaleca się wykonać jako korelacyjne przynajmniej jedno próbne obciążenie statyczne dla
kilku przeprowadzonych prób dynamicznych.
1 Dr inż., Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
Rys. 1. Stanowisko do badania dynamicznego pala wierconego φ 1500 mm.
Bijak o ciężarze 100 kN wyczepiany przez szczęki hydrauliczne zawieszone na dźwigu.
W prawym górnym rogu fotografii przedstawiono czujnik przymocowany do pala.
Zjawisko modeluje za pomocą jednowymiarowej teorii falowej rozpatrując przypadek
cylindrycznego pręta, nie poddanego oddziaływaniu gruntu ani żadnym zewnętrznym
oporom. Do celów praktycznych wykorzystuje się schemat młot–pal–grunt umożliwiający
przeprowadzenie obliczeń dla większości badań dynamicznych. Równanie jednowymiarowej
teorii falowej uzupełnione jest o elementy uwzględniające charakterystykę mechaniczną
gruntu:
1
∂
2
u
(
x
,
t
)
∂
2
u
(
x
,
t
)
k
(
x
)
s
(
x
)
∂
u
(
x
,
t
)
−
+
u
(
x
,
t
)
+
=
0
(1)
c
2
∂
t
2
∂
x
2
AE
AE
∂
t
gdzie:
c – prędkość propagacji fali naprężeń,
Z – oporność mechaniczna,
E – moduł sprężystości materiału pala,
(
=
E
,
Z
=
E
⋅
A
=
A
E
⋅
ρ
,
E
=
σ
,
σ ,
=
F
ε )
=
u
∂
ρ
c
ε
A
x
F – siła osiowa działająca na pal,
ρ – gęstość materiału pala,
u – przemieszczenie,
x – współrzędna w liniowym układzie odniesienia,
t – czas,
∂
c
222758137.003.png
A – powierzchnia przekroju pala,
M – masa młota (masa uderzająca),
m – masa podbabnika,
k – współczynniki sprężystości ( k C , k S , k B ),
s – współczynniki tłumienia ( s C , s S , s B ).
Rys. 2. Uproszczony schemat młot–pal–grunt
Powyższe równanie składa się z 4 członów reprezentujących przyspieszenie (bezwładność),
odkształcenie, opory gruntu i prędkość (tłumienie). W metodach wysoko-odkształceniowych
wszystkie składowe powyższego równania mają istotny wpływ na opis zjawiska.
Równanie opisujące zmiany przemieszczenia pala w funkcji czasu t rozwiązuje się
metodą elementów lub różnic skończonych jak również metodami analitycznymi, które
oparte są na przekształceniach całkowych.
Szczegółowy opis podstaw teoretycznych oraz metod badań dynamicznych przedsta-
wiony został między innymi w pracach [1] i [6].
3. Interpretacja badań
Interpretację badań dynamicznych można wykonać korzystając z prostych wzorów
(tzw. metody bezpośrednie, np. CASE, TNO, Impedance) oraz konstruując matematyczny
model, którego parametry dobiera się iteracyjnie (tzw. metody pośrednie, np. CAPWAP,
TNODLT). Metody bezpośrednie stosowane samodzielnie są mało wiarygodne, a dla pali
wykonywanych w gruncie obarczone często dużym błędem. Dlatego do interpretacji badań
nośności pali wierconych stosuje się najczęściej metody iteracyjne (pośrednie).
W praktyce, interpretację wyników badań dynamicznych wykonuje się za pomocą
programów komputerowych opracowanych przy założeniu kilku różnych modeli układu
młot–pal–grunt .
Wszystkie interpretacje badań nośności wykorzystane w niniejszej pracy wykonane
zostały metodą pośrednią TNODLT (patrz np. [3] i [9]).
222758137.004.png
W przypadku pali wbijanych interpretacja badań zazwyczaj nie powoduje dużych
trudności. Dla pali wierconych często zdarza się, że pomierzone sygnały są zakłócone
(zniekształcone). Podstawowymi przyczynami takich zakłóceń są:
– pęknięcia w głowicy lub pod głowicą (w skrajnych przypadkach uniemożliwiające
zarejestrowanie sygnału),
– źle wykonana głowica lub styk pala z głowicą (silne tłumienie fali),
– niejednorodność struktury betonu w głowicy i/lub trzonie pala (różna prędkość fali),
– niewłaściwy poziom zamocowania czujników (duże zakłócenia sygnału),
– nieosiowe uderzenie ciężaru w głowicę (trudności w uśrednieniu pomierzonych
sygnałów).
Doświadczenia zdobyte w czasie prowadzonych od kilku lat badań pozwalają stwierdzić, że
główną przyczyną zniekształceń mierzonych sygnałów są pierwsze dwa wymienione
powody (rys. 3 i 4). O ile nieosiowe uderzenie oraz niepoprawne zamocowanie czujników
można podczas badania wyeliminować, to w przypadku źle przygotowanej głowicy i pęknięć
sytuacja jest znacznie trudniejsza. Jeśli rejestrowane sygnały są słabe można jedynie
spróbować zamocować czujniki w innych punktach. W wielu przypadkach nie przynosi to
jednak pożądanego efektu ponieważ większość powstających pęknięć można zauważyć
dopiero po dokładnym skuciu pala.
Rys. 3. Pęknięcie pod głowicą pala
Rys. 4. Źle przygotowany styk głowicy
w rejonie zamocowania czujnika
z trzonem pala
Bezpośrednią przyczyną pęknięć jest oczywiście uderzenie bijaka w głowicę pala. Jednak do
wywołania pęknięcia trzonu pala wielkośrednicowego, wykonanego obecnie z betonu
minimum B25, potrzebne byłoby na przykład bardzo nieosiowe uderzenie!
„Słabszy” beton w górnej części pala spowodowany może być wymieszaniem zwiercin
gruntu z mieszanką betonową. W przypadku betonowania metodą „kontraktor”
222758137.005.png 222758137.006.png 222758137.001.png
zanieczyszczenia pochodzić mogą nawet z okolic podstawy pala. Dzieje się tak gdy
dopuszczane jest krótkie nadbetonowywanie trzonów pali lub w przypadku braku usuwania
zwiercin gruntu z powierzchni mieszanki betonowej.
Już w czasie przygotowywania powierzchni i wiercenia otworów pod czujniki można
określić jakość betonu pod głowicą. Obserwacje dotyczące jakości betonu pozwoliły na
skorygowanie zależności badań statycznych i dynamicznych, przedstawionych poniżej.
4. Porównanie badań dynamicznych i statycznych
Porównanie wyników badań dynamicznych z próbnymi obciążeniami statycznymi
wykonano dla 39 badań dynamicznych, dla których w bezpośrednim sąsiedztwie wykonano
korelacyjne badania statyczne. Pale badano na kilkunastu obiektach budowanych w kraju
(głownie mostach i wiaduktach), z których część została opisana w poprzednich publikacjach
([2], [3], [5], [9], [10]). Z ogólnej liczby 39 badanych pali, 35 to pale wiercone o średnicach
800, 1000, 1200 i 1500 mm wykonane w rurach obsadowych a 4 były palami CFA
o średnicy 800 i 1000 mm. W gruntach niespoistych zakończono 25 pali a w gruntach
spoistych 14 pali.
Trudność w porównaniu krzywych otrzymanych z badań statycznych i dynamicznych
polega między innymi na tym, że w zasadzie należałoby porównywać je na całej długości.
Jest to jednak dość kłopotliwe gdy takiej analizie należy poddać kilkadziesiąt pali.
Analizę krzywych obciążenie-osiadanie, w odniesieniu do nośności otrzymanej na
podstawie badań dynamicznych wykonano zakładając, że wartość nośności z krzywej Q-s
otrzymanej na podstawie badania dynamicznego N D1 odpowiada osiadaniu otrzymanemu dla
nośności z próbnego obciążenia statycznego (kN c 0 ), zinterpretowanego wg PN-83/B-02482
[15] (patrz rys. 5).
Dla tak przyjętego założenia otrzymano dla wszystkich analizowanych pali zależność
przedstawioną na rysunku 6. Pale zakończone w gruntach niespoistych i spoistych
zestawiono osobno. Punkty na wykresach wypełnione na czarno odpowiadają badaniom,
w których zaobserwowano problemy z jakością betonu pod głowicą. Po odrzuceniu
wymienionych punktów otrzymano bardzo dobrą korelację liniową (również dla pali
zakończonych w gruntach spoistych).
Na rysunku 8 przedstawiono analizę krzywych obciążenie-osiadanie w odniesieniu do
osiadania pali. Porównano osiadania z krzywych obciążenie-osiadanie odpowiadające
nośności z próbnego obciążenia statycznego (kN c 0 ), zinterpretowanego wg PN-83/B-02482
[15] (patrz rys. 7). Pale zakończone w gruntach niespoistych i spoistych zestawiono osobno.
Podobnie jak na rys. 6 punkty wypełnione odpowiadają badaniom, w których wystąpiły
problemy z jakością betonu.
Rys. 5. Sposób określania wartości N D1
222758137.002.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin