Instrumentalizacja_v2.pdf

geoinżynieria

Instrumentalizacja próbnych

obciążeń statycznych pali

fundamentowych

Raport z budowy w Karachi (Pakistan)

E kstensometry i tensometry są instrumentami wy-

korzystywanymi w próbnych obciążeniach statycz-

nych, służącymi zarówno weryfikacji nośności pali

jak i optymalizacji rozwiązań projektowych fundamentów

głębokich. Standardowe próbne obciążenia statyczne nie

dają wystarczającej wiedzy o rozkładzie nośności wzdłuż

pobocznicy i w podstawie pala. Wykorzystanie nowocze-

snych metod pomiarowych pozwala niejednokrotnie na

zaprojektowanie pali krótszych o nośności wystarczającej

do przeniesienia projektowanych obciążeń. Znakomitym

tego przykładem są badania wykonane przez polskich in-

żynierów na budowie ekskluzywnych apartamentowców

w jednym z najbardziej zaludnionych miast świata – Karachi

w Pakistanie. Inwestorem jest pochodząca z Singapuru

firma Meinhardt a wykonanie fundamentów i ich badań

zostało powierzone konsorcjum IVCC Bachy Soletanche

i PMC Precision Monitoring & Control Ltd.

Opis budowy

Zespół ośmiu trzydziestopiętrowych budynków apar-

tamentowych zlokalizowany jest tuż u wybrzeża Morza

Arabskiego. Wpływy sejsmiczne zmusiły projektantów do

zastosowania dużych współczynników bezpieczeństwa.

Obciążenia z wieżowców są przekazywane na pale funda-

mentowe o nośności 10MN. Geologię stanowią tu głównie

średniozagęszczone piaski a podstawy pali zagłębione są

w skale. W pierwszej fazie wykonano pale kontrolne (pilot

piles), na których przeprowadzono zinstrumentalizowane

próbne obciążenia statyczne. Weryfikacja założeń projek-

towych oparta na wynikach badań pozwoliła na skrócenie

długości pali średnio z 30 m do 24 m (20%), co przy stosun-

kowo niewielkim nakładzie na rozszerzony program badań

daje olbrzymie oszczędności.

Rys. 1. , Rys. 2. Wizualizacje budynków apartamentowych

Technologia wykonania pali

Technologia RRC (Reverse Rotary Circulation) umożli-

wia zastosowanie lekkich i prostych w obsłudze wiertnic

do wykonania odwiertów pali wielkich średnic (1500 mm)

o głębokości do 35 m. Odwiert jest stabilizowany zawiesiną

bentonitową, która jest wykorzystywana równocześnie jako

płuczka ssąca do wydobywania urobku przez żerdź. W od-

różnieniu od technologii płuczki ciśnieniowej DRC (Direct

Rotary Circulation) zawiesina bentonitowa jest podawana

od góry odwiertu. Technologia płuczki ssącej jest z po-

wodzeniem wykorzystywana podczas robót prowadzonych

w rozmaitych gruntach, nawet w twardych skałach. Cykl

wykonania pojedynczego pala nie jest znacząco dłuższy

Fot. 1. Wiercenie pali w technologii RRC

56 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2007 (15)

geoinżynieria

geoinżynieria

niż w przypadku pali wierconych w rurach obsadowych

wyciąganych, a wykonawca zamiast kilku kosztownych

wiertnic dysponuje kilkunastoma nieskomplikowanymi

maszynami skracając tym samym termin zakończenia ro-

bót. Palowanie z użyciem tej metody wymaga jednak prze-

myślanego projektu organizacji robót: odstojniki zawiesiny

bentonitowej zlokalizowane są zwykle w centrum placu

budowy a tymczasowe kanały doprowadzają do poszcze-

gólnych odwiertów świeżą płuczkę.

Program badań

Zinstrumentalizowane próbne obciążenia są przepro-

wadzane najczęściej na palach kontrolnych (pilotowych)

jeszcze przed rozpoczęciem właściwych robót palowych.

Wówczas projektant dysponuje możliwością zweryfikowa-

nia założeń i ewentualnie redukuje długości lub średnice

projektowanych pali. Pozostałe badania wykonuje się z po-

wszechnie przyjętymi standardami: próbne obciążenia sta-

tyczne i dynamiczne, badania ciągłości metodą Sonic Echo

oraz prześwietlenie pali ultradźwiękami metodą Crossho-

le Sonic Logging. Badania wykonuje się w ilości zależnej

od stopnia skomplikowania warunków geotechnicznych

i ogólnej liczby pali. Na przedmiotowej budowie wykona-

no:

– 8 zinstrumentalizowanych próbnych obciążeń siłą 30MN

(przeciążenie 300%) na palach pilotowych (ultimate com-

pression on instrumented preliminary piles),

– 22 standardowe próbne obciążenia statyczne siłą do

20MN (przeciążenie 200%),

– 38 badań dynamicznych (Dynamic Load Tests) z użyciem

specjalnie do tego celu skonstruowanego kafaru o cięża-

rze 35 ton, jak dotąd jednego z największych,

– badania ciągłości na wszystkich palach.

Należy zwrócić uwagę na doskonałą korelację wyników

badań statycznych i dynamicznych. Pomiar siły w trakcie

wszystkich próbnych obciążeń statycznych został prze-

prowadzony z użyciem elektronicznych dynamometrów

oraz indukcyjnych czujników przemieszczeń. Czas trwania

jednego próbnego obciążenia statycznego wynosił nawet

80 godz. i składał się z trzech cykli: 150%, 200% i 300%

przy czym w pierwszych dwóch cyklach maksymalna war-

tość obciążenia trwała 24 godz. Automatyczne sterowanie

układem pompa – siłownik oraz zdalna rejestracja wszyst-

kich parametrów testu zostały zapewnione przez kompu-

tery Data Logger. Badania siłą 30MN wykonano z użyciem

4 pali kotwiących natomiast mniejsze testy wykonywano

z użyciem balastu. Zastosowane kryterium stabilizacji osia-

dań w próbnych obciążeniach zostało określone zgodnie

ze standardami Ove Arup - wynosiło 0.10 mm/godz. i było

trzykrotnie bardziej rygorystyczne od stosowanego w Pol-

sce 0.05 mm/10 min.

Fot. 2. Zinstrumentalizowany test 30 000 kN

Fot. 3. Ekstensometry w palu gotowym do badań

Fot. 4. Stanowisko balastowe 20MN

Ekstensometry (rod extensometers)

Nazwa ekstensometr jest myląca (ang. extension – przedłu-

żenie), ponieważ w trakcie badania dokonuje się pomiaru nie

wydłużenia, lecz skrócenia długości poszczególnych odcin-

ków pala pod zadanym obciążeniem. Pozornemu wydłużeniu,

a raczej wysunięciu podlegają pręty zagłębione swobodnie

w rurach dostępowych. Rury te (o różnych długościach)

mocuje się do kosza zbrojeniowego przed betonowaniem

pala. Im głębiej zainstalowana jest rura ekstensometru tym

większy skrót pala zostanie zarejestrowany w próbnym ob-

ciążeniu.

Fot. 5. Układ belek w teście 30MN

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2007 (15)

geoinżynieria

geoinżynieria

Tensometry (strain gauges)

Znaczenie tensometrów w zinstrumentalizowanych ba-

daniach pali ma charakter podobny do ekstensometrów.

Jednostką pomiaru w przypadku tensometrów jest micro-

strain. Metody mogą być stosowane równolegle dla zwięk-

szenia dokładności pomiaru. Tensometry są mocowane

do zbrojenia głównego pala po 4 szt. w kilku poziomach.

O rozkładzie tensometrów na poszczególnych rzędnych

decyduje projektant w zależności od układu warstw geo-

technicznych. Instalacja tensometrów w pięciu poziomach

(tj. 20 czujników) wymaga zastosowania multipleksera

i komputera Data Logger. Drugi, siostrzany komputer syn-

chronicznie rejestruje odczyty z siedmiu czujników induk-

cyjnych: 4 czujniki rozmieszczone standardowo na głowicy

pala i 3 czujniki ekstensometrów.

Założenia teoretyczne

Pracę pala fundamentowego charakteryzują znacznie

mniejsze odkształcenia w jego podstawie niż w głowicy.

Obciążenie dociera tylko częściowo do niższych partii,

reszta jest absorbowana przez pobocznicę. Prawo Hooke’a

pozwala na określenie rozkładu tej zależności ze wzoru:

F Δ

Fot. 6. Multiplekser z podłączonymi 20 tensometrami.

, gdzie: F – siła, S – powierzchnia przekroju,

E – moduł Young’a, Δ l – skrót pala, l – długość pala.

W zinstrumentalizowanych próbnych obciążeniach sta-

tycznych poszukiwaną wartością jest F – siła przenoszo-

na do rzędnej zainstalowania ekstensometrów lub tenso-

metrów. Dla instrumentów zlokalizowanych w podstawie

pala siła F będzie zmobilizowanym oporem podstawy pala.

W przypadku krótszych tensometrów i ekstensometrów

rozmieszczonych wzdłuż trzonu pala bierze się pod uwa-

gę różnicę obciążenia przyłożonego w głowicy i siły zare-

jestrowanej na danej głębokości, obliczając w ten sposób

opór pobocznicy. Liczba oraz długość poszczególnych eks-

tensometrów jak i lokalizacja tensometrów jest rozpatry-

wana w oparciu o układ warstw gruntowych i zależy od

projektanta fundamentu. Odczyty z instrumentu zlokalizo-

wanego najbliżej głowicy dają podstawę do precyzyjnego

określenia modułu Young’a betonu – tarcie pobocznicy jest

dla tych obliczeń pomijane. Podstawiając do wzoru zna-

ne z próbnego obciążenia wartości: E – moduł Young’a,

Δ l – skrót ekstensometru, l – głębokość zainstalowania

ekstensometru i S – powierzchnia przekroju pala, możemy

określić rozkład oporu wzdłuż pobocznicy i siłę przekazy-

waną do podstawy pala.

Fot. 7. Synchroniczna rejestracja wyników przez komputery typu Data

Logger.

Wnioski

Próbne obciążenia z użyciem ogólnie dostępnych instru-

mentów nie są sprecyzowane w Polskich normach, a co

za tym idzie nie są znane projektantom. Coraz częściej są

stosowane przy realizacji budowli według projektów za-

chodnich. Badania naukowe powinny skupić się aktualnie

na wypracowaniu standardów dla potrzeb naszego rynku.

autor

mgr inż. Ryszard Rippel

PMC Polska sp. z o.o.

Fot. 8. Automatyczne utrzymywanie siły pompą hydrauliczną sterowaną

komputerowo.

58 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2007 (15)

geoinżynieria

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: