36. Podstawy teoretyczne badań dynamicznych pali (równanie, parametry)

Młot lub inny ciężar uderzający w głowicę pala generuje w nim falę naprężeń przemieszczającą się w jego trzonie. Wszelkie nieciągłości i oddziaływanie gruntu otaczającego pal generują powstanie fal poruszających się w kierunku przeciwnym do fali wywołującej.

W jednowymiarowej teorii falowej rozpatruje się 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. W takim przypadku równanie

jednowymiarowej teorii falowej należy uzupełnić o człony uwzględniające charakterystykę mechaniczną gruntu:

c - prędkość propagacji fali naprężeń,

Z - oporność mechaniczna,

E - moduł sprężystości materiału pala, (

,
)

F - siła osiowa działająca na pal,

ρ - gęstość materiału pala,

u - przemieszczenie,

x - współrzędna w liniowym układzie odniesienia,

t - czas,

A - powierzchnia przekroju pala,

M - masa młota (masa uderzająca),

m - masa podbabnika,

k - współczynniki sprężystości (kC, kS, kB),

s - współczynniki tłumienia (sC, sS, sB).

Powyższe równanie składa się z 4 członów reprezentujących przyspieszenie (bezwładność), odkształcenie, opory

gruntu i prędkość (tłumienie). W metodach wysokoenergetycznych wszystkie składowe powyższego równania mają istotny wpływ w opisywaniu zjawiska, natomiast w badaniach kinetycznych oddziaływanie składowej opisującej przyspieszenie jest znikome. W technikach niskoenergetycznych, w pewnych warunkach opory i tłumienie gruntu mogą mieć znaczenie dla wyniku obliczeń, chodzi tu głównie o pale zagłębione w gruntach bardzo spoistych oraz pale o stosunkowo dużej smukłości (L/D > 30).

35. Badania długości i ciągłości fali

Młotek lub bijak uderzający w głowicę generuje falę naprężeń przemieszczającą się w trzonie pala. Kolejne fazy rozchodzenia się tej fali rejestrowane są za pomocą akcelerometru umieszczonego na głowicy pala. Najbardziej znane niskonaprężeniowe metody dynamiczne polegają na uderzaniu w głowicę pala specjalnym ręcznym młotkiem wraz z jednoczesnym rejestrowaniem przyspieszenia w głowicy. Podstawowym zadaniem testów

niskonaprężeniowych jest określenie długości i ciągłości pala. Badanie to pozwala również wykryć nieprawidłowości i uszkodzenia struktury pala, zastosowanie gorszego materiału w konstrukcji, powstanie pęknięć i przewężeń. Dodatkowo można określić także pewne relacje pomiędzy palem i otaczającym go gruntem. Jedyną informacją jaką musimy posiadać aby przeprowadzić badanie są dane dotyczące materiału, z którego wykonano pal. Na tej podstawie możemy wstępnie określić prędkość rozchodzenia się fali w badanym palu. Sygnał mierzony akcelerometrem przesyłany jest poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy do komputera przemysłowego. W celu wykluczenia błędów w pomiarach badanie na jednym palu wykonuje się przynajmniej trzykrotnie. Badanie ciągłości jednego dobrze przygotowanego pala trwa około 5 minut. Badanie ciągłości pala wykonane może być dopiero po osiągnięciu przez beton odpowiedniej wytrzymałości, nie wcześniej niż 14 dni od zabetonowania pala.

34. Charakterystyka badań PDA, DLT

.Metody wysokonaprężeniowe stosowane są głównie do oceny nośności pali:
- PDA - Pile Driving Analysis, dla pali wbijanych. Pozwala na ocenę nośności pala, wydajności młota, energii wbijania, przyspieszenia, odboju sprężystego pala, wpędu pala, naprężeń ściskających i rozciągających, odkształcenia, prędkości i przemieszczenia pali.
- DLT - Dynamic Load Testing, dla pali wierconych, ocena nośności pala oraz jakości pala.
W obu przypadkach badanie polega na wywołaniu fali naprężeń w momencie uderzenia młota (PDA) lub specjalnego bijaka (DLT). Przyjmuje się, że spadający swobodnie ciężar powinien wynosić minimum 1÷2% nośności pala (DLT). Za pomocą czujników montowanych do głowicy pala, z wykorzystaniem przenośnego komputera, rejestruje się przyspieszenie i naprężenie w momencie uderzenia. Rejestracja powyższych danych oraz znajomość parametrów geotechnicznych podłoża, pozwala na ocenę nośności.

32. Metoda badań dynamicznych pali

Metody badań dynamicznych, początkowo stosowane tylko dla pali wbijanych, są wykorzystywane na świecie

również dla pali wierconych. Metoda dynamicznego określania nośności pali w porównaniu do badań statycznych eliminuje konieczność montowania konstrukcji kotwiących lub balastowych oraz umożliwia przeprowadzenie w ciągu jednego dnia kilku badań nośności pali. Dynamiczne badanie nośności polega na wykorzystaniu zjawiska rozchodzenia się fali naprężeń w palu podczas jego wbijania (uderzenie młotem kafara) lub wywołanie fali naprężenia uderzeniem bijaka. W przypadku pala wykonywanego w gruncie badanie przeprowadza się po wykonaniu pala (zakończeniu okresu dojrzewania betonu). Za pomocą odpowiednio zamontowanych czujników następuje pomiar przyspieszenia i naprężeń w głowicy pala. Przenośny komputer rejestruje dane. Wielkości zarejestrowane podczas uderzenia oraz charakterystyka podłoża

opracowana w oparciu o rozpoznane wcześniej warunki gruntowe umożliwiają opisanie modelu analitycznego

układu Młot-Pal-Grunt, za pomocą którego określa się nośność pala oraz zależność obciążenie-osiadanie. Głównym elementem służącym do wywoływania fali naprężeń w palu wierconym jest bijak o ciężarze równym

minimum 1 ÷ 2% nośności pala. Wykonany jest on ze stali lub jednolitej bryły zbrojonego betonu w osłonie z rury stalowej. Bijak podnoszony jest za pomocą urządzenia zapewniającego swobodne jego uwalnianie. Pozwala

to na bezwładne uderzenie w głowicę badanego pala.

38. Metody bezpośrednie i pośrednie, badania dynamiczne pali

Analizy, w których oddziaływanie gruntu modelowane jest jedynie pod podstawą pala i ewentualnie w dodatkowym punkcie na jego pobocznicy gruntu nazywamy metodami bezpośrednimi. Najbardziej popularnymi z nich są: metoda CASE, metoda IMPEDANCE oraz holenderska metoda TNO. Testy bezpośrednie wykorzystywane mogą być jedynie dla pali o jednorodnym kształcie i strukturze. Metody te są szczególnie wrażliwe na nieprawidłowy dobór prędkości rozprzestrzeniania się fali naprężeń, stałych tłumienia i sprężystości gruntu. Błędny dobór tych parametrów powoduje uzyskanie niepoprawnych wyników testu.

Pale o niejednorodnym kształcie i strukturze a w szczególności w złożonych warunkach gruntowych powinny

być analizowane metodami pośrednimi umożliwiającymi o wiele lepsze odwzorowanie zarówno charakterystyki mechanicznej pala jak i samego gruntu. Najbardziej popularnymi z nich są: TNODLT i CAPWAP. W terenie, za pomocą czujników zainstalowanych do głowicy pala, wykonuje się pomiar przyspieszenia i odkształcenia (naprężenia). Na podstawie analizy z wykorzystaniem opracowanych programów komputerowych w metodzie CASE otrzymujemy obciążenie graniczne w głowicy pala. W metodach pośrednich CAPWAP i TNODLT, otrzymujemy obciążenie graniczne w głowicy, opór podstawy i pobocznicy, rozkład oporów wzdłuż długości, skrócenie pala, czyli charakterystyki zbliżone do wyników próbnego obciążenia statycznego.

37. Wykorzystanie wzorów dynamicznych do oceny nośności pali wbijanych

Wzory dynamiczne od wielu lat wykorzystywane są do oceny nośności dynamiczne. Powszechnie stosowane wzory dynamiczne wywodzą się z zasady zachowania energii:

- nośność dynamiczna,
E - energia jednego uderzenia młota (
),
Q - ciężar młota,
h - wysokość spadu młota,
c - wpęd pala pod wpływem ostatnich serii uderzeń (np. średnia z ostatnich 30 cm wbijania),
e - sprężyste odkształcenie pala, gruntu i kołpaka na 1 m długości pala

W praktycznych wzorach inżynierskich uwzględnia się również tłumienie, współczynniki efektywności młota, nachylenie pala, współczynniki pochłaniania energii, współczynniki bezpieczeństwa. Dotychczasowe zastosowanie pomiarów w czasie wbijania i wzory dynamiczne wykorzystywano do:
- bieżącej kontroli procesu wbijania,
- weryfikacji uwarstwienia gruntu i zagłębienia podstawy w warstwę nośną, szczególnie przy znacznych różnicach oporu (np. namuł, torf, piasek),
- określenia wpędów, zapewniających wymaganą nośność pala,
- określenia nośności pali wbijanych w grunty niespoiste na małych budowach (przy dużych kosztach badań statycznych),
- określenia nośności pali w sąsiedztwie pala próbnego, zastosowanie współczynnika cechowania dla ekwiwalentnej grupy w podobnych warunkach gruntowych,
- obliczenia naprężeń w palu (ściskanie, rozciąganie) w celu dobrania głowicy pala i parametrów młota,
- określenie maksymalnej liczby uderzeń nie powodującej zniszczenia pala.

---