Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

77
MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI FACULTATEA DE CONSTRUCŢII CIVILE, INDUSTRIALE ŞI AGRICOLE ANUL 2013 LUCRARE DE DISERTAŢIE Conducătorul lucrării de disertaţie: Asis. dr. ing. Daniel Marcel Manoli Absolvent: Ing. Adrian Botezatu

description

teste statice vs teste dinamice pe piloti prefabricati din b.a.

Transcript of Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Page 1: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

FACULTATEA DE CONSTRUCŢII CIVILE, INDUSTRIALE ŞI AGRICOLE

ANUL 2013

LUCRARE DE DISERTAŢIE

Conducătorul lucrării de disertaţie: Asis. dr. ing. Daniel Marcel Manoli

Absolvent:

Ing. Adrian Botezatu

Page 2: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013
Page 3: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013
Page 4: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

FACULTATEA DE CONSTRUCŢII CIVILE, INDUSTRIALE ŞI AGRICOLE

ANUL 2013

Masterat: INGINERIA CLĂDIRILOR

Corelaţie între teste statice şi teste dinamice pe piloţi prefabricaţi din beton armat

Conducatorul lucrării de disertaţie:

Asis. Dr. Ing. Daniel Marcel Manoli

Absolvent:

Adrian Botezatu

Bucureşti

Page 5: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

ANUL 2013

Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti

Facultatea de Construcţii Civile, Industriale şi Agricole

Catedra: Geotehnica şi Fundaţii Data:

19.11.2012

LUCRARE DE DISERTAŢIE

Titlul lucrării: “Corelaţie între teste statice şi teste dinamice pe piloţi prefabricaţi din beton

armat”

Data eliberării temei: 19.11.2012

Termen de predare: Iulie 2013

Conducătorul lucrării de disertaţie, Absolvent

Asis. Dr. Ing., Daniel Marcel, Manoli ing. Adrian, Botezatu

Page 6: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

ANUL 2013

Declaraţie standard privind originalitatea lucrării

Prin prezenta declar că Lucrarea de disertaţie cu titlul: “Corelaţie între teste statice şi

teste dinamice pe piloţi prefabricaţi din beton armat” este scrisă de mine şi nu a mai fost

prezentată niciodată la o altă facultate sau instituţie de învăţământ superior din ţara sau

străinătate.

Bucureşti, 24.06.2013

Absolvent:

Ing. Adrian Botezatu

__________________

(semnătură în original)

Page 7: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

II

CUPRINS

Lista figurilor ........................................................................................................................... IV

Lista tebelelor........................................................................................................................... VI

1. Încercarea statică în teren a piloţilor de probă .................................................................... 1

1.1 Introducere .................................................................................................................. 1

1.1 Principiile metodei de încercare .................................................................................. 1

1.1 Încercarea statică la compresiune ................................................................................ 1

1.1.1 Pregătirea piloţilor de probă ................................................................................. 1

1.1.1 Efectuarea încercării ............................................................................................ 3

1.1.1 Prezentarea rezultatelor încercării ........................................................................ 5

2 Încercarea dinamică în teren a piloţilor de probă ............................................................... 7

2.1 Introducere .................................................................................................................. 7

2.2 Probleme ale formulelor dinamice .............................................................................. 7

2.3 Formule dinamice ........................................................................................................ 8

2.3.1 Obţinerea formulei generale ................................................................................ 8

2.3.2 Formule dinamice uzuale ................................................................................... 11

2.3.3 Exactitatea formulelor dinamice ........................................................................ 15

2.4 Analiza dinamica folosind Ecuaţia undei .................................................................. 16

2.4.1 Modelare ............................................................................................................ 16

2.4.2 Propagarea undei ................................................................................................ 16

2.4.3 Ecuaţia undei – metodologie .............................................................................. 17

2.5 Analiza piloţilor prin testarea dinamică .................................................................... 20

2.5.1 Introducere ......................................................................................................... 20

2.5.2 Echipamentul de testare dinamică ..................................................................... 20

2.5.3 Descrierea metodei de testare dinamică ............................................................. 21

2.5.4 Bazele mecanicii undei ...................................................................................... 22

2.5.5 Metodologia de testare dinamică ....................................................................... 27

2.5.5.1 Metoda CASE de determinare a capacitatii portante .................................. 27

2.5.5.2 Metoda CAPWAP (CAse Pile Wave Analysis Program) .......................... 28

3 Determinarea capacităţii portante la compresiune din încercări statice şi dinamice,

conform normelor romaneşti.................................................................................................... 33

3.1 Relaţia generală de verificare .................................................................................... 33

3.2 Determinarea capacităţii portante la compresiune din încercări statice de probă pe

piloţi 33

Page 8: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

III

3.3 Determinarea capacităţii portante de calcul la compresiune a piloţilor prefabricaţi

introduşi prin batere, pe baza datelor din încercarea de penetrare statică (CPT): ................ 35

3.4 Determinarea capacităţii portante ultime la compresiune pe baza încercărilor de

impact dinamic ..................................................................................................................... 36

3.5 Determinarea capacităţii portante ultime la compresiune pe baza formulelor de

batere 37

4 Studii de caz...................................................................................................................... 38

4.1 Corelarea testelor CAPWAP cu testele statice pentru Şantierul: Centrala de Cicluri

Combinate localizat în Portul din Barcelona........................................................................ 38

4.1.1 Introducere ......................................................................................................... 38

4.1.2 Teste de încărcare pe piloţi din lucrare .............................................................. 38

4.1.2.1 Test static de încărcare ............................................................................... 38

4.1.2.2 Test dinamic de încărcare ........................................................................... 38

4.1.3 Rezultatele testelor de încercare statică şi dinamică .......................................... 38

4.1.4 Testarea şi analiza dinamică a piloţilor .............................................................. 39

4.1.4.1 Conditii litologice ....................................................................................... 39

4.1.4.2 Detalii asupra pilotilor testati ..................................................................... 39

4.1.4.3 Echipamentul de testare .............................................................................. 40

4.1.4.4 Testarea “in situ” şi analizarea rezultatelor ca urmare a impactului dinamic

41

4.1.4.5 Rezultate şi concluzii .................................................................................. 41

4.1.4.6 Rezultate numerice şi grafice ..................................................................... 42

4.1.5 Testarea statica a pilotilor .................................................................................. 48

Sistemul de reacţiune a fost constituit din: ................................................................... 48

4.1.5.1 Ancoraje ...................................................................................................... 48

4.1.5.2 Grinzi de reacţiune ...................................................................................... 48

4.1.5.3 Presă hidraulică ........................................................................................... 49

4.1.5.4 Microcomparatoare ..................................................................................... 49

4.1.5.5 Grinzi de referinţă ....................................................................................... 50

4.1.6 Rezultate si concluzii ......................................................................................... 51

4.1.7 Rezultate numerice si grafice ............................................................................. 52

4.2 Corelarea testelor CAPWAP cu testele statice pentru o serie de proiecte din

Argentina .............................................................................................................................. 53

4.2.1 Introducere ......................................................................................................... 53

4.2.2 Studiul 1 – Clădiri rezidenţiale .......................................................................... 53

4.2.3 Studiul 2 – Instalaţii industriale ......................................................................... 56

Page 9: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

IV

4.2.4 Studiul 3 – Poduri .............................................................................................. 57

4.2.5 Concluzii generale ............................................................................................. 59

5 Modelarea interacţiunii pilot-teren ÎN ABAQUS ............................................................ 61

6 Bibliografie ....................................................................................................................... 63

LISTA FIGURILOR

Fig. 1.1 Schema încercării statice axiale la compresiune a piloţilor – varianta cu piloţi de

ancoraj ........................................................................................................................................ 2

Fig. 1.2 Diagrama încercării monotone ..................................................................................... 4

Fig. 1.3 Diagrama încercării in 2 cicluri .................................................................................... 4

Fig. 1.4 Diagrama încercării la compresiune ............................................................................. 6

Fig. 2.1 Curbă de incarcare-tasare pentru un pilot ..................................................................... 8

Fig. 2.2 Transferul de energie şi tasarea pilotului sub acţiunea unei lovituri ............................ 9

Fig. 2.3 Distribuţia statistică a rezultatelor încercărilor pe ploti.............................................. 15

Fig. 2.4 Discretizarea pilotului conform Smith (1960) ............................................................ 16

Fig. 2.5 Relatia de incarcare-deformare a terenului ................................................................. 16

Fig. 2.6 Propagarea undei într-un pilot .................................................................................... 17

Fig. 2.7 Modelul de analiză a Ecuaţiei undei .......................................................................... 19

Fig. 2.8 Sistem uzual de testare dinamică ................................................................................ 20

Fig. 2.9 Dispozitivul de analiză şi stocare a datelor (PDA) ..................................................... 21

Fig. 2.10 Încercarea dinamică a unui pilot prefabricat ............................................................ 21

Fig. 2.11 Mecanica undei pentru un element cu capăt liber .................................................... 22

Fig. 2.12 Măsurători ale forţei şi vitezei în raport cu timpul pentru condiţia de “capăt liber”.

.................................................................................................................................................. 23

Fig. 2.13 Mecanica undei pentru un element cu capăt fix ....................................................... 24

Fig. 2.14 Măsurători ale forţei şi vitezei în raport cu timpul pentru condiţia de “capăt fix”. .. 24

Fig. 2.15 Efectele rezistenţei terenului în înregistrarea forţei şi vitezei .................................. 25

Fig. 2.16 Înregistrări ale forţelor şi vitezelor pentru diferite condiţii de teren ........................ 27

Fig. 2.17 Schematizarea analizei CAPWAP ............................................................................ 29

Fig. 2.18 Factori care influienteaza potrivirea semnalelor de forţă în CAPWAP (conform

Hannigan, 1990) ....................................................................................................................... 30

Fig. 2.19 Procesul de potrivire a semnalelor utilizând CAPWAP (potrivit lui Hannigan, 1990)

.................................................................................................................................................. 31

Fig. 2.20 Tabel cu rezultatele finale CAPWAP ....................................................................... 32

Page 10: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

V

Fig. 2.21 Distribuţia eforturilor CAPWAP .............................................................................. 32

Fig. 4.1 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-1) pentru un pilot PT-350

.................................................................................................................................................. 43

Fig. 4.2 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-2) pentru un pilot T-400

.................................................................................................................................................. 43

Fig. 4.3 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-4) pentru un pilot T-400

.................................................................................................................................................. 44

Fig. 4.4 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-4) pentru un pilot PT-350

.................................................................................................................................................. 44

Fig. 4.5 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-5) pentru un pilot PT-350

.................................................................................................................................................. 45

Fig. 4.6 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-6A) pentru un pilot PT-

350............................................................................................................................................ 45

Fig. 4.7 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-6.2) pentru un pilot PT-

350............................................................................................................................................ 46

Fig. 4.8 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-7) pentru un pilot T-400

.................................................................................................................................................. 46

Fig. 4.9 Suprapunerea curbelor de incarcare-tasare rezultate din calcul dinamic pentru 3 piloţi

T-400 ........................................................................................................................................ 47

Fig. 4.10 Suprapunerea curbelor de incarcare-tasare rezultate din calcul dinamic pentru 5

piloţi PT-350 ............................................................................................................................ 47

Fig. 4.11 Realizarea unei incercari statice pe pilot PT-350 ..................................................... 48

Fig. 4.12 Grinzi de reacţiune .................................................................................................... 49

Fig. 4.13 Presa hidraulică ......................................................................................................... 49

Fig. 4.14 Dispunerea microcomparatoarelor ........................................................................... 50

Fig. 4.15 Dispunerea grinzilor de referinţă .............................................................................. 50

Fig. 4.16 Curbă de incarcare-tasare rezultată din încărcare statică pentru un pilot PT-350 .... 52

Fig. 4.17 Rezultate static vs dinamic ....................................................................................... 52

Fig. 4.18 Profil geotehnic......................................................................................................... 54

Fig. 4.19 Curbe de încărcare - tasare rezultate din teste statice şi dinamice Studiul 1 ............ 55

Fig. 4.20 Curbe de încărcare - tasare rezultate din teste statice şi dinamice Studiul 2 ............ 57

Fig. 4.21 Litologie Studiul 3 .................................................................................................... 58

Fig. 4.22 Curbe de încărcare - tasare rezultate din teste statice şi dinamice ............................ 59

Fig. 5.1 Rezultatele analizei realizate cu ABAQUS ................................................................ 62

Fig. 5.2 Compararea rezultatelor din ABAQUS cu cele STATICE ........................................ 62

Page 11: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

VI

LISTA TEBELELOR

Tabel 2.1 Diferite valori ale eficientei ciocanului ef ................................................................ 12

Tabel 2.2 Valori ale pentru Formula lui Hiley a ..................................................... 13

Tabel 2.3 Valori ale coeficientului de revenire elastica, n ....................................................... 13

Tabel 3.1 Coeficienţi de corelare pentru testele statice ........................................................... 34

Tabel 3.2 Tabel cu coeficienţi parţiali de rezistenţă ( R) pentru piloţii de îndesare .............. 34

Tabel 3.3 Coeficienţi de corelare pentru teste dinamice .......................................................... 36

Tabel 3.4 Inaltimea de cadere a berbecului functie de tipul acestuia ...................................... 37

Tabel 3.5 Factorul a ................................................................................................................. 37

Tabel 4.1 Tabel centralizor cu piloţii testaţi ............................................................................ 40

Tabel 4.2 Centalizarea rezultatelor testelor dinamice .............................................................. 42

Tabel 4.3 Caracteristicile piloţilor Studiul 1 ............................................................................ 53

Tabel 4.4 Rezultatele testelor Studiul 1 ................................................................................... 54

Tabel 4.5 Caracteristici pilot Studiul 2 .................................................................................... 56

Tabel 4.6 Rezultatele testelor Studiul 2 ................................................................................... 56

Tabel 4.7 Caracteristicile pilotilor/ Studiul 3 ........................................................................... 57

Tabel 4.8 Rezultatele testelor Studiul 3 ................................................................................... 59

Page 12: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

VII

PREFAŢĂ

Datorită creşterii eforturilor în fundaţii, la Starea Limită de Serviciu (SLS), un trend

internaţional este urmărit de către inginerii geotehnicieni şi de către proiectanţi pentru a

determina comportarea reală dintre interacţiunea pilot-teren. În mod tradiţional, acest aspect

era definit ca “Curba de incarcare-tasare”, determinată în urma realizării “Testelor de

Încărcare Statică”, şi conceptul de “capacitate portanta”, a cărei definiţie este dificil de

formulat şi acceptat unanim (de către cei care particiapa la proiect). Dezvoltarea tehnologiei

şi a conceptului de “Test de Încărcare Dinamică” (TID) sunt disponibile şi reprezintă o cale

economică şi rapidă de măsurare a răspunsului piloţilor sub solicitarea anumitor forţe.

Analiza prin potrivirea semnalelor (Signal Matching) cum ar fi CAPWAP (Case Pile

Wave Analysis Program) este considerată a fi procedura standard de evaluare a capacităţii

portante în baza datelor obţinute în urma încercărilor cu deformaţii mari.

Prezenta lucrare tratează modalitatea de execuţie a încercărilor pe cale dinamică,

descrierea metodologiei de execuţie a testelor, interpretarea rezultatelor şi corelarea acestora

cu rezultatele testelor statice.

Normele romaneşti nu oferă detalii cu privire la modul de realizare şi interpretare a

testelor dinamice iar avantajele pe care acestea le au asupra bugetului proiectului sunt

multiple. Marele avantaj al acestor teste este timpul de realizare iar printr-o bună corelare cu

un test static din amplasament se pot obţine rezultate foarte apropiate de comportarea reală a

terenului sub solicitări statice.

Testele statice şi dinamice s-au realizat sub atentă îndrumare a unui personal calificat şi

cu experienţă în domeniul fundaţiilor speciale şi testării de peste 40 ani. Acestea au fost

conduse pe piloţii unui proiect real, construit în Barcelona, Spania, de către compania

Terratest Cimentaciones.

Page 13: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

1

1. ÎNCERCAREA STATICĂ ÎN TEREN A PILOŢILOR DE PROBĂ

1.1 Introducere

Încercarea statică a piloţilor reprezintă cea mai precisă metodă de determinare a

capacităţii portante a piloţilor. Depinzând de mărimea proiectului, încercările statice pot fi

realizate ori în faza de proiectare ori în faza de construcţie. Tipurile obişnuite de teste cuprind

încercări axiale de compresiune şi smulgere şi încercări orizontale.

Testele de încărcare sunt realizate pentru a folosi informaţiile obţinute, în faza de

proiectare şi/sau în faza de execuţie. De asemenea sunt folosite pentru a confirma

funcţionalitatea sistemului pilot-teren de a prelua încărcările, utilizând un factor de siguranţă

cât mai adecvat.

1.1 Principiile metodei de încercare

În funcţie de scopul urmărit şi de exigenţele impuse prin programul de încercare şi de

echipare a piloţilor, se stabilesc patru niveluri (clase) de calitate pentru încercările în teren ale

piloţilor şi anume:

­ Nivelul N1: încercări pentru cercetarea ştiinţifică (în vederea perfecţionării, calibrării,

sau adaptării metodelor sau a principiilor de calcul al fundaţiilor pe piloţi);

­ Nivelul N2: încercări efectuate în apropierea amplasamentului construcţiei proiectate,

pentru verificarea tehnologiei de execuţie a piloţilor în condiţiile de teren date şi

pentru determinarea capacităţii portante şi a dependenţei încărcare-deplasare, în

vederea proiectării fundaţiilor pe piloţi;

­ Nivelul N3: încercări de control pe piloţi din fundaţie, pentru confirmarea capacităţii

portante preliminate în proiect;

­ Nivelul N4: încercări pentru recepţia piloţilor cu posibile defecte de execuţie.

Încercarea statică se realizează prin aplicarea asupra unui pilot izolat, identic cu cel din

lucrare, a unor încărcări controlate, care se menţin constante în anumite intervale de timp, cu

măsurarea deplasărilor la partea superioară a pilotului. Aceste deplasări sunt măsurate cu

ajutorul unor microcomparatoare etalonate, cu precizie de măsurare de 0.01 mm. Adiţional

vor fi verificate cotele grinzilor de referinţă cu o nivela aflată în afara zonei de influenţă a

deplasărilor pământului.

1.1 Încercarea statică la compresiune

1.1.1 Pregătirea piloţilor de probă

Încercarea piloţilor de probă se va efectua numai după confirmarea atingerii rezistenţei

prescrise la compresiune a betonului din piloţii de probă (fck echivalent – conform

proiectului de specialitate pentru fundaţii) sau după consolidarea în timp a pământului

adiacent.

Confirmarea atingerii rezistenţei prescrise la compresiune a betonului din piloţii de proba

se va face prin încercări pe epruvete realizate din beton întărit şi recoltat din betonul turnat în

piloţii de probă. Metodologia de recoltare a probelor de beton necesare confirmării clasei de

beton din piloţii de probă (număr probe, frecventa recoltare, dimensiuni epruvete, mod de

păstrare/tratare probe, mod de încercare epruvete) se va face conform Normativelor NE 012-

1:2007 şi NE 012-2:2010. Încercarea epruvetelor recoltate din betonul turnat în piloţii de

Page 14: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

2

proba se va putea face la 7 zile, 14 zile şi/sau 28 zile de la betonare, conform Normativ NE

012-2:2010.

Pentru un pilot solicitat la compresiune, capul pilotului sau capitelul trebuie realizat astfel

încât să aibă o suprafaţă orizontală, normală la axa pilotului, suficient de mare pentru a

permite poziţionarea instrumentelor de încărcare, şi trebuie armat corespunzător pentru

preluarea eforturilor.

Testarea piloţilor la încercările de compresiune se va face prin intermediul unui sistem de

grinzi după cum urmează:

- Sistemul de grinzi va fi solidarizat cu piloţii de reacţiune (marginali - solicitaţi la smulgere)

prin intermediul armaturilor longitudinale ale acestora (prindere prin sudură). Lungimea şi

grosimea cordoanelor de sudură, ce solidarizează armaturile longitudinale ale piloţilor

marginali de sistemul de grinzi, va fi dimensionata astfel încât să poată prelua/transmite

eforturile apărute.

- Pe „capul” pilotului „central” (solicitat la compresiune) vor fi montate un sistem de prese

hidraulice care vor fi încărcate la diferite trepte. Prin intermediul preselor hidraulice pilotul

central va fi supus la compresiune iar cei marginali (prin intermediul sistemului de grinzi) la

smulgere (Fig. 1.1).

Măsurarea deplasărilor verticale (tasărilor) pilotului sub încărcare se face la partea superioară

a acestuia, într-un plan orizontal, cu ajutorul a cel puţin 3 aparate dispuse necolinear în jurul

pilotului.

Fig. 1.1 Schema încercării statice axiale la compresiune a piloţilor – varianta cu piloţi de ancoraj

Page 15: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

3

Observaţie: În cadrul încercărilor de nivel calitativ N1 este obligatoriu, iar la încercările

de nivel N2 este recomandabil, să se măsoare şi deplasările transversale (orizontale) ale

capului pilotului, cu aparate dispuse pe două axe orizontale, perpendiculare.

1.1.1 Efectuarea încercării

Încercarea trebuie efectuată fară întreruperi. Se admite, în mod excepţional, întreruperea

observaţiilor în timpul nopţii, cu condiţia menţinerii constante a încărcării pe pilot, în acest

interval. Încărcarea pilotului se face în trepte ΔQ egale cu cel mult 1/8 din valoarea încărcării

maxime prezumate Qmax. Mărimea treptelor de încărcare trebuie aleasă astfel încât să permită

o trasare clară a diagramei de tasare; în acest sens se recomandă reducerea mărimii treptelor

în domeniul premergător încărcării de rupere. După aplicarea unei trepte de încărcare, care

trebuie realizată rapid (de regulă, în interval de max. 1 minut) se fac înregistrări pe aparatele

de măsurare a deplasărilor (verticale şi orizontale) la 0', 2', 5', 10', 15', 20', 25', 30', 40', 50'.

60' şi în continuare - dacă este cazul - la intervale de 10 min., până la stabilizarea deplasării

verticale (tasării).

Diferenţele între înregistrările pe fiecare dintre aparatele de măsurare a tasării, nu trebuie

să se abată de la valoarea medie sm cu mai mult de:

50%, pentru sm < 1 mm;

30%, pentru sm = 1 ...5 mm;

20%, pentru sm > 5 mm.

În caz contrar, încercarea se consideră neconcludentă.

Observaţie: Excepţie de la prevederea de mai sus face situaţia când măsurarea tasării se

realizează cu mai mult de trei aparate dispuse necoliniar, iar abateri superioare celor indicate

anterior se constată la un singur aparat; în acest caz, citirile acestui aparat se exclud, iar

valoarea sm se calculează doar pe baza celorlalte măsurători.

Pentru fiecare treaptă de încărcare se fac înregistrări la toate aparatele de măsurare până la

stabilizarea convenţională a tasării pilotului, care se consideră atinsă când diferenţa

lăsărilor medii măsurate la un interval de 20 min. nu depăşeşte 0,1 mm.

Page 16: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

4

Încărcarea se măreşte, în trepte, până la atingerea valorii maxime Qmax, care se defineşte

în cele ce urmează, în funcţie de nivelul de calitate al încercării.

Variaţia încărcării se poate realiza în una din cele două modalităţi arătate mai jos (stabilită

prin acordul comun al proiectantului şi al executantului încercării):

o prin încărcare monotonă până la Qmax (Fig. 1.1);

o prin încărcare în două cicluri: primul până la aprox. 0,5 Qmax cu descărcare,

urmat de al doilea ciclu de încărcare până la Qmax (Fig. 1.2).

După încheierea timpului de menţinere a încărcării Qmax, se recomandă ca descărcarea să

se efectueze în trepte duble (2 ΔQ) faţă de mărimea treptei la încărcare. La fiecare treaptă de

descărcare se măsoară deplasările la două intervale de câte 5 min. După descărcarea finală, la

interval de o oră se face o ultimă serie de măsurători.

Pentru încărcările de nivel calitativ N1 şi N2 valoarea Qmax corespunde încărcării de

rupere Qr a pilotului (în raport cu terenul), care se atinge la treapta de încărcare pentru care se

îndeplineşte una din condiţiile:

Fig. 1.3 Diagrama încercării in 2 cicluri

Fig. 1.2 Diagrama încercării monotone

Page 17: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

5

o tasarea medie sm este mai mare decât 1/10 din diametrul (latura) pilotului;

o în decurs de 24 ore de la aplicarea treptei nu se obţine condiţia de stabilizare.

Drept încărcare critică pe pilot Qcr se consideră încărcarea corespunzătoare treptei

precedente celei pentru care s-a determinat Qr.

Observaţie: În cazul piloţilor de mare capacitate, când lipsesc mijloacele tehnice pentru

atingerea încărcării de rupere, încărcarea Qmax va fi egală cu cel puţin 1,5 ori valoarea

încărcării maxime pe piloţii din lucrare, calculată în proiect pentru grupările de acţiuni

corespunzătoare stării limită ultime (conform STAS 10101/0-75). În acest caz, încărcarea

critică pe pilot vafi Qcr = Qmax

La încercările de nivel N3 şi N4 (realizate pe piloţi din fundaţie), încărcarea Qmax va fi cel

puţin egală cu de 1,5 ori valoarea încărcării maxime pe piloţii din lucrare, determinată prin

proiect pentru gruparea fundamentală de acţiuni corespunzătoare stării limită de exploatare

normală (STAS 10101/0-75).

La încercările de nivel N3 şi N4, când este necesară numai verificarea capacităţii portante

a piloţilor încercaţi (determinarea tasării sub încărcare fiind neesenţială pentru proiectare), se

pot efectua "încercări rapide". Variaţia forţei pe pilot se realizează după schemele arătate în

Fig. 1.2 sau Fig. 1.3 cu menţinerea fiecărei trepte de încărcare până la atingerea condiţiei de

stabilizare, dar nu mai mult de o oră, citirile făcându-se la intervalele arătate anterior.

În acest caz încercarea se opreşte la atingerea încărcării Qmax.

Diagrama de variaţie a tasării pilotului s cu încărcarea Q se poate construi în mod

aproximativ numai dacă se confirmă linearizarea diagramei de variaţie a tasărilor medii

măsurate sm cu timpul t reprezentat la scară logaritmică. În acest caz, drept tasare stabilizată

se consideră valoarea obţinută prin extrapolare pentru t=3 ore (Fig. 1.3).

Observaţie: Se recomandă efectuarea încercărilor "rapide" numai în cazul piloţilor

purtători pe vârf sau al piloţilor flotanţi care transmit cea mai mare parte a încărcării în

straturi alcătuite din pământuri necoezive.

1.1.1 Prezentarea rezultatelor încercării

Toate măsurătorile realizate în timpul încercării, ca şi observaţiile operatorului se

consemnează în fişa de înregistrare a rezultatelor încercării, care va cuprinde următoarele

date:

­ unitatea care efectuează încercarea;

­ lucrarea (şantierul, obiectivul);

­ numărul de identificare a pilotului încercat;

­ tipul pilotului;

­ data terminării execuţiei (înfingerii) pilotului;

­ data încercării dinamice (dacă este cazul);

­ presa de încărcare: seria, data etalonării;

­ celulă de forţă (inel dinamometric): tipul, seria, data etalonării;

­ aparate pentru măsurarea deplasărilor: tipul, seria, data etalonării;

­ alte dispozitive şi aparate de măsură: tipul, seria, data etalonării;

­ nivelmentul grinzilor de referinţă: operator, tipul aparatului;

­ măsurători de deplasări şi forţe interne:

­ timpul măsurătorii: dată, oră, minutul;

­ forţa aplicată pe pilot;

Page 18: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

6

­ înregistrarea tasărilor: pe fiecare aparat s1 şi media sm, corecţia înregistrărilor şi

tasarea corectată s;

­ alte înregistrări (deplasări transversale, forţe interne);

­ observaţii în timpul pregătirii şi efectuării încercării (comportarea corpului pilotului,

condiţii meteorologice, şocuri - vibraţii etc.);

­ numele şi semnătura operatorului.

Pe baza datelor încercării pilotului se întocmesc grafice centralizate pe o diagramă (Fig.

1.4) cuprinzând:

- variaţia încărcării Q cu timpul t;

- variaţia tasării capului pilotului s în funcţie de timp;

- variaţia tasării stabilizate a capului pilotului cu încărcarea;

- variaţia încărcării pe baza şi pe suprafaţa laterală a pilotului în funcţie de Q;

- variaţia eforturilor tangenţiale pe suprafaţa laterală a pilotului în lungul acestuia

pentru diferite valori Q etc.

Fig. 1.4 Diagrama încercării la compresiune

Page 19: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

7

2 ÎNCERCAREA DINAMICĂ ÎN TEREN A PILOŢILOR DE PROBĂ

2.1 Introducere

Odată cu utilizarea piloţilor ca modalitate de fundare indirectă pentru diferite structure, s-

a încercat găsirea unor metode logice de determinare a capacităţii portante a piloţilor. Au fost

propuse metode pentru a prezice capacitatea portanta utilizând observaţiile din teren din

timpul procesului de batere. Singura măsurătoare realistică care s-a putut obţine pe durata

baterii a fost tasarea pilotului pentru fiecare lovitură. În acest sens au fost dezvoltate formule

ce leagă energia cinetică a ciocanului de rezistenţă pilotului pe măsură ce pătrunde în teren,

pentru a determina capacitatea portanta a pilotului. Sub formă de ecuaţie se poate exprima

astfel:

(2.1)

Unde,

W = greutatea berbecului

h = înălţimea de cădere a berbecului

R = rezistenta terenului

sb = tasarea pentru fiecare lovitură

Acest tip de formulări sunt cunoscute sub denumirea de “forumule dinamice”. Datorită

simplităţii, formulele dinamice au fost utilizate pe scară largă pentru mulţi timp. Formulele

dinamice mai complexe considera greutatea pilotului, pierderile de energie din componentele

sistemului de batere şi alţi factori. Chiar dacă se folosesc formule simple sau complexe,

capacităţile portante rezultate în urma utilizării formulelor dinamice au arătat corelări slabe

atunci când au fost comparate cu rezultatele încercărilor statice. Astfel, exceptând anumite

cazuri în care se cunosc foarte bine condiţiile geologice şi fizice ale amplasamentului,

formulele dinamice nu ar trebui folosite.

2.2 Probleme ale formulelor dinamice

Problemele associate formulelor de batere apar din modelarea fiecărei componente a

sistemului de batere: sistemul de batere, terenul şi pilotul. Formulele dinamice oferă o

reprezentare slabă a sistemului de batere şi a pierderilor de energie ale diferitelor părţi ale

sistemului. Formulele dinamice de asemenea iau în considerare un pilotul ca fiind rigid, astfel

neglijându-se rigiditatea axială a pilotului, şi consideră că rezistenţa terenului este constantă

şi se mobilizează instantaneu odată cu impactul.

În primul rând, majoritatea formulelor nu iau în calcul în mod realistic sistemul de batere.

Ele consideră doar energia cinetică a sistemului de batere. Variaţiile ce apar din eficienţa

echipamentelor ce alcătuiesc sistemul nu sunt considerate. Sistemul de batere include multe

elemente pe lângă berbec, ca: nicovala, în cazul ciocanelor diesel, căciula de protecţie,

amortizorul ciocanului, sau amortizorul piloţilor, în cazul celor prefabricaţi din beton. Aceste

componente afectează distribuţia energiei ciocanului în raport cu timpul, atât înainte cât şi

după impact ceea ce influienteaza mărimea şi durata forţei maxime. Forţă maximă şi durata

acesteia determina posibilitatea sistemului de batere de a avansa pilotul în teren.

În al doilea rând, rezistenta terenului este foarte grosolan tratată considerând că este o

forţă constantă. Rezistenţa dinamică a terenului este rezistentă acestuia la pătrunderea rapidă

a pilotului produsă de impactul ciocanului. Această rezistentă nu este nici de departe egală cu

Page 20: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

8

rezistenţa statică a terenului. Majoritatea formulelor considera această rezistentă ca fiind cea

statică. Penetrării rapide a pilotului în teren i se opune nu doar componenta statică a terenului

(reprezentată de coeziune şi frecare) dar şi cea dinamica, reprezentată de vâscozitatea

terenului, care este comparabilă cu cea a lichidelor. Rezistenţa terenului în timpul baterii,

obţinută din combinaţia rezistenţei statice şi a celei dinamice nu este egală cu rezistenţa

statică a terenului sau cu capacitatea portanta a piloţilor sub solicitarea eforturilor statice.

În al treilea rând, pilotul este considerat un element rigid, iar lungimea acestuia nu este

considerată. Această ipoteză neglijează complet flexibilitatea pilotului, ce afectează abilitatea

acestuia de a pătrunde în teren.

La nivel global, exista un număr foarte mare de formule dinamice, având diferite grade de

siguranţă. Smith (1960) a afirmat că editorii Engineering New Record deţin în baza lor de

date peste 450 de formule.

Obiectivul principal atunci când se utilizează o forumula de batere este de obicei sau să se

aleagă o capacitatea portanta sigură a pilotului utilizând infromatiile obţinute din timpul

baterii, sau să se determine parametrii de batere pentru o anumită forţă.

O îmbunătăţire relativ recentă în estimarea capacităţii portante utilizând metode dinamice

a rezultat din folosirea euatiei de undă pentru a analiza propagarea undei de compresiune în

lungul pilotului, decât considerând că o forţa este generată instantaneu pe toată lungimea

pilotului, aşa cum este considerat în formulele dinamice. Principalul obiectiv în utilizarea

ecuaţiei undei este de a obţine o mai bună relaţie dintre forţa ultima din pilot şi tasarea

aferenta acesteia. Mai mult, această abordare permite o analiză raţională asupra eforturilor din

pilot în timpul baterii şi deci poate fi utilă în dimensionarea structurală a pilotului.

2.3 Formule dinamice

2.3.1 Obţinerea formulei generale

Formulele de batere încearcă să coreleze rezistenta dinamică a pilotului cu cea statică, şi

au fost determinate pe baze empirice şi teoretice. Câteva dintre cele mai utilizate au la baza

legea de impact a lui Newton, modificată în unele cazuri pentru pierderile de energie din

timpul impactului.

Relaţia dintre rezistenta pilotului şi penetrarea acestuia în teren este exemplificata în Fig.

2.1.

.

Fig. 2.1 Curbă de incarcare-tasare pentru un pilot

Forta

Tasare

Page 21: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

9

Materialul din care este fabricat pilotul şi amortizorul sunt considerate perfect elastic, iar

forţele de inerţie din teren şi piederile de energie rezultate din deformaţiile remanente, sunt

luate în considerare.

Ecuaţia generală de batere a fost elaborată de Taylor (1948) şi susţinută de Flaate (1964).

Simboluri:

S=penetrarea pilotului pentru ultimul impact, sau refuzul

Spp=deformatia plastica a pilotului

Sep=deformatia elastica a pilotului

Ses=deformatia elastica a terenului

S0=S Spp

W=greutatea ciocanului

H=inaltimea de cadere a ciocanului

ef=factor de eficienta a ciocanului

eiv=factor de eficienta al impactului

Wp =greutatea pilotului

A=aria sectiunii transversale a pilotului

L=lungimea pilotului

Ep=modulul de elasticitate al pilotului

v=viteza ciocanului inainte de impact

u=viteza ciocanului dupa impact

vp=viteza pilotului inainte e impact

up=viteza pilotului dupa impact

g=acceleratia gravitationala

Ru=capacitatea portanta a pilotului (imediat dupa batere) E1=energia transmisa pilotului

E2=energia ramasa dupa impact

Procesul de transfer al energiei şi penetrarea pilotului sub acţiunea unei lovituri de ciocan,

este prezentat în Fig. 2.2

Energia transmisă pilotului este:

Fig. 2.2 Transferul de energie şi tasarea pilotului sub acţiunea unei lovituri

Page 22: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

10

E1=efWH= Wv2

2g (2.2)

Eficienţa impactului este:

eiv=

(W2g) u2 (

Wp

2g) up

2

(W2g) v2 (

W2g) vp2

=E2

E1

(2.3)

Din teorema impulsului rezultă:

W

g(v u)=

Wp

g(vp up) (2.4)

Coeficientul de revenire elastică, n, este:

n=up u

v vp (2.5)

Considerând , şi eliminând

eiv=W n2Wp

W Wp

(2.6)

Energia rămasă după impact este:

E2=efeivWH=efWH(W n2Wp

W Wp

)

(2.7)

E2 Ru(S Spp 1

2 Sep) (2.8)

Neglijând deformaţia elastică a terenului, şi introducând legea lui Hooke pentru pilot,

obţinem:

Sep=CRuL

AEp

(2.9)

Unde, C = raportul dintre deplasarea reală a capului pilotului şi cea dată de legea lui Hooke

Din ecuaţiile (2.7), (2.8), (2.9) rezulta:

Page 23: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

11

Ru=efWH

S (CRuLAEp

) Spp

W n2Wp

W Wp

(2.10)

2.3.2 Formule dinamice uzuale

Chiar dacă formula (2.10) ia în considerare majoritatea factorilor, aplicabilitatea legii

impactului este îndoielnică, din moment ce pilotului nu reprezintă un corp liber, aşa cum

consideră legea impactului. Formula generală nu este aplicabilă în practică, deoarece mulţi

dintre coeficienţi sunt greu de determinat. Majoritatea formulelor dinamice utilizate,

reprezintă simplificări ale formulei generale, de cele mai multe ori cuprinzând coeficienţi şi

constante empirice. Majoritatea acestor forumule pot fi exprimate în modul următor:

eivefWH= 1

2

Ru2L

AE RuS (2.11)

Unde,

eiv=eficienta impactului

ef=eficienta ciocanului

=factor ce permite compresiunea elastica a terenului si a amortizorului

Factorul din stânga reprezintă energia loviturii, primul termen din dreapta este energia

consumată de către deformaţia elastică a pilotului, exprimată ca o compresiune statică ce

depinde de Ru iar cel de-al doilea termen este energia absorbită de către deformaţia remanenta

(plastică) a terenului.

Formule dinamice

Sanders:

Ru=WH

S (2.12)

Engineering News:

Ru=WH

S C (2.13)

unde C = {

2.5cm pentru ciocan cu cadere libera

0.25cm pentru ciocan cu abur

0.25Wp

Wcm pentru ciocan cu abur aplicat pe piloti foarte grei

Eytelwin (Olandeza):

Ru=WH

S

W

W Wp

(2.14)

Page 24: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

12

Weisbach:

Ru= SAEp

L √

2WHAEp

L (

SAEp

L)

2

(2.15)

Hiley:

Ru=efWH

S 12(C1 C2 C3)

W n2Wp

W Wp

(2.16)

Tabel 2.1 Diferite valori ale eficientei ciocanului efa

Tip ciocan

Ciocan cu cădere liberă acţionat de un “trăgaci” 1.00

Ciocan cu cădere liberă acţionat de către o funie şi

scripete (cu frecare)

0.75

Ciocan McKiernan-Terry cu simplă acţiune 0.85

Ciocan Warrington-Vulcan cu simplă acţiune 0.75

Ciocan cu acţionare diferenţială 0.75

Ciocan McKiernan-Terry cu dubla acţiune 0.85

Ciocane diesel 1.00

a Extras din cartea “Pile foundation”, scrisa de R. D. Chellis ©, 1961 McGraw-Hill Book Company, Inc.

Page 25: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

13

Tabel 2.2 Valori ale pentru Formula lui Hiley a

(a) Valori ale C1

C1 coeficient ce ia in considerare deformatia (compresiunea) temporara a capului pilotului si a amortizorului

Material asupra caruia

este aplicata lovitura

Batere usoara:

P1=3.448kPa asupra

amortizorului sau

pilotului in cazul in

care nu exista

amortizor [cm]

Batere moderata:

P1=6.895kPa asupra

capului pilotului sau

asupra mansonului de

protectie [cm]

Batere grea:

P1=10.342kPa asupra

capului pilotului sau

asupra mansonului de

protectie [cm]

Batere foarte grea:

P1=13.790kPa asupra

capului pilotului sau

asupra mansonului de

protectie [cm]

Capul unui pilot de

lemn avand 7.5-10cm

de material amortizor

0.127

0.254

0.381

0.508

sau pilot prefabricat

din beton

0.127+0.1778b 0.254+0.381b 0.381+0.5588b 0.508+0.762b

1,27-2.54cm doar

suport mat aplicat

direct pe capul

pilotului prefabricat

din beton

0.0625 0.127 0.1905 0.254

Capul unui pilot din

metal sau teava

0 0 0 0

(b) Valori pentru C2

, C2 reprezinta deformatia elastica a pilotului

(c) Valori pentru C3

C3 reprezinta deformatia elastica a terenului

C3 = 2.5cm

Interval: 0.5cm pentru soluri moi pana la 0 pentru soluri dure

Tabel 2.3 Valori ale coeficientului de revenire elastica, nc

Tip pilot Tipul amortizorului Ciocan cu cadere

libera, cu simpla

actiune sau diesel

Ciocan cu

actiune dubla

Prefabricat din beton Manson cu amortizor din

plastic compozit dispus pe

capul pilotului

0.4 0.5

Manson cu amortizor din

lemn dispus pe capul

pilotului

0.25 0.4

Ciocanul actioneaza direct

asupra pilotului existand

doar un suport intre acesta si

pilot

- 0.5

b Primul termen reprezina compresia mansonului si a papusei de lemn de deasupra mansonului, iar cel de-al

doilea termen reprezinta compresia suportului amortizor de lemn amplasat intre manson si capul pilotului

c Conform Whitaker (1970)

Page 26: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

14

Janbu:

Ru= (1

ku) (

WH

S) (2.17)

ku=Cd(1 √1 e/Cd (2.18)

Cd=1.9 0.381Wp/W [cm] (2.19)

e=WHL/AES2 (2.20)

Formula Daneza:

Ru=efWH

S √(2efWHLAEp

)

(2.21)

Gates:

Ru=4.0√efWHlog10(25

S) coeficientii sunt in Tm si cm (2.22)

Page 27: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

15

2.3.3 Exactitatea formulelor dinamice

Câteva cercetări au fost efectuate pentru a determina exactitatea formulelor dinamice prin

compararea forţelor ultime determinate cu formulele dinamice cu forţele ultime rezultate în

urma testelor de încărcare statică. Câteva dintre cele mai relevante cercetări au fost efectuate

de către Sorensen şi Hansen (1957), Ageschou (1962), Flaate (1964), Housel (1966) şi Olsen

şi Flaate (1967).

Sorensen şi Hansen au utilizat

informaţiile din 78 de teste de încărcare

pe piloţi realizaţi din beton, metal, şi

lemn, majoritatea având vârful în nisip

(doar câţiva au fost incastraţi în argila

dura). Rezultatele comparaţiilor dintre

forumule sunt arătate în Fig. 2.3.

Conform acesteia, toate formulele

considerate, cu excepţia celei Olandeze

(Eytelwein), urmăresc aproximativ o

distribuţie gausiana a rezultatelor. Există

o diferenţă foarte mică între precizia

formulelor Daneză, Hiley şi Janbu şi cea

derivată din ecuaţia de undă.

Cercetările realizate de Agerschou

au condus la aceleaşi rezultate ca în cazul de mai sus, existând diferenţe mici între formulele

lui Janbu şi Hiley chiar dacă acestea dau rezultate mai bune pe piloţi prefabricaţi din beton şi

lemn.

Din toate cercetările a rezultat ca formula emisă de Engineering News are cel mai mic

grad de precizie.

Ca o modalitate rapidă şi exactă de estimare a capacităţii portante, Olsen şi Flaate au

sugerat utilizarea următoarei formule, derivate din formula originală a lui Gates:

Ru=7.0√efWH log10(25

S) 27 (2.23)

Concluziile rezultate din rezultatele cercetărilor sunt următoarele: dacă pentru

determinarea capacităţii portante a piloţilor se vor folosi formule dinamice, cele care implică

cel mai mic grad de incertitudine sunt formulele Daneză, Janbu şi Hiley, în timp ce

Engineering News are cel mai ridicat grad de incertitudine.

În concluzie, este interesant de notat remarca făcută de Terzaghi (1943): “În ciuda

deficientelor evidente şi a inexactităţii acestora, formulele de batere se bucura încă de o

mare popularitate printre ingineri, deoarece utilizarea acestor formule reduc proiectarea

fundaţiilor pe piloţi la o procedură foarte simplă. Preţul plătit pentru aceasta simplificare

este foarte ridicat. În unele cazuri factorul de siguranţă este excesiv iar în alte cazuri tasări

importante au fost consemnate. Pentru a obţine informaţii clare în ceea ce priveşte efectul

impactului asupra penetrării piloţilor, este necesar să se considere vibraţiile produse de

impact”.

Fig. 2.3 Distribuţia statistică a rezultatelor

încercărilor pe ploti

Page 28: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

16

2.4 Analiza dinamica folosind Ecuaţia undei

2.4.1 Modelare

Formulele dinamice nu oferă estimări corecte asupra capacităţii portante a pilotului. Mai

mult decât atât, nu oferă informaţii asupra eforturilor din pilot pe durata baterii. Aşa numita

analiza utilizând “Ecuaţia undei” a eliminat multe dintre neajunsurile asociate formulelor de

batere prin simularea realistă a loviturilor în raport cu penetrarea pilotului. Asta înseamnă o

abordare completă către reprezentarea matematică a sistemului compus din ciocan,

amortizoare, manşon, pilot şi teren.

Această metodă reprezintă un mijloc comod şi logic de determinare a utilizării unui

anumit sistem de batere pentru un anumit tip de pilot şi de alegere a unui sistem pentru a

obţine capacitatea portanta dorită fără a afecta

integritatea structurală a pilotului.

Această abordare a fost dezvoltată de E.A.L.

Smith (1960) şi după ce a fost aprobată, câţiva

dezvoltatori au realizat un model informatic al

modelarii interacţiunii teren-pilot. Metoda

dezvoltată de Smith este o metodă a diferenţelor

finite în care ecuaţia undei este utilizată pentru a

determina tasarea pilotului pentru o anumită forţă

aplicată acestuia.

Sistemul este alcătuit din:

1. Berbec – căruia îi este aplicată o viteză de

către sistemul de batere

2. Piesa de capăt (material amortizor)

3. Căciula de protecţie pilot

4. Piesa de amortizare (material amortizor)

5. Pilot

6. Teren

Berbecul, piesa de capăt, căciulă,

amortizorul şi pilotul sunt reprezentate ca

elemente discrete şi resorturi elastice.

Rezistenţa la frecare pe suprafaţa laterală a

pilotului este reprezentată printr-un sistem de

resorturi şi amortizoare (Fig. 2.5) în timp ce

rezistenţa pe vârf este reprezentată printr-un

singur resort şi un amortizor.

2.4.2 Propagarea undei

Datele de introducere pentru analiza

utilizând ecuaţia undei sunt foarte simple,

necesitând parametri foarte simpli pentru

sistemul de batere şi pilot suplimentar câtorva

proprietăţi standard ale terenului.

Fig. 2.4 Discretizarea pilotului conform Smith

(1960)

Fig. 2.5 Relatia de incarcare-deformare a terenului

Page 29: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

17

În momentul în care pilotul este lovit de către ciocan, este doar comprimat la

interacţiunea dintre berbec – pilot. Această zonă de compresiune, după cum este arătat în Fig.

2.6 se dezvolta în pilot spre vârful acestuia cu o viteză constantă, c, care depinde de modulul

de elasticitate al pilotului şi greutatea specifică. Atunci când forţa ajunge în zona de

încastrare, amplitudinea acesteia este redusă de rezistenţă statică şi dinamică a terenului. În

funcţie de mărimea rezistenţei terenului în lungul suprafeţei de frecare şi pe vârful pilotului,

forţa va genera ori o forţă de compresiune sau una de tracţiune ce se întoarce la capul

pilotului. Atât forţă incidenta cât şi cea reflectată cauzează o mişcare a vârfului pilotului şi

produce o tasare remanenta dacă, energia şi forţa combinate, sunt suficient de mari pentru a

depăşi rezistenţa statică şi dinamică a terenului.

2.4.3 Ecuaţia undei – metodologie

Într-o analiza ce utilizează ecuaţia undei, ciocanul, capişonul şi pilotul sunt modelate ca

o serie de segmente fiecare fiind alcătuit dintr-o masă concentrată şi un resort. Ciocanul şi

segmentele pilotului au aproximativ un metru lungime. Elemente mai scurte pot fi utilizate

pentru o exactitate mai mare. Rigiditatea resorturilor este calculată din aria transversală a

secţiunii pilotului şi modulul de elasticitate. Amortizoarele ciocanului şi pilotului sunt

reprezentate prin resorturi suplimentare a căror rigiditate este calculată din aria, modulul de

elasticitate şi grosimea materialelor amortizoare. Suplimentar, coeficienţi de revenire (COR)

sunt specificaţi pentru a modela pierderile de energie datorate materialelor amortizoare şi în

toate segmentele care sunt separate de segmentele vecine de o anumită distanţă. Coeficientul

de revenire este egal cu 1 pentru o ciocnire perfect elastică, care conservă întreaga energie, şi

este egal cu 0 pentru condiţii perfect plastice, în care se pierde întreaga energie prin

deformaţie. Ciocniri parţial elastice pot fi modelate utilizând o valoare intermediară.

Rezistenţa terenului în lungul zonei de încastrare a pilotului şi pe vârful acestuia este

reprezentată prin două componente: statică şi dinamică. Prin urmare, o rezistenţă statică şi

una dinamica apare pe fiecare segment de pilot incastrat. Forţa de rezistenţă statică a

terenului este modelată cu resorturi elasto-plastice iar cea de rezistenţă dinamică utilizând

amortizoare liniar vâscoase. Tasarea la care comportarea terenului se schimbă din elastic în

plastic se numeşte “quake” (tasare elastică). În modelul Smith de amortizare, rezistenta

Fig. 2.6 Propagarea undei într-un pilot

Page 30: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

18

dinamică a terenului este proporţională cu un factor de amortizare înmulţit cu viteza pilotului

înmulţit cu rezistenţa statică coresounzatoare a terenului. În Fig. 2.7 este reprezentată

schematic ecuaţia undei pentru un model constituit din ciocan-pilot-teren.

Odată cu începerea analizei, o rezistenţă ultimă calculată sau atribuită, Rut, conform

valorilor specificate de către utilizator, este distribuită prin resorturile elasto-plastice pe

suprafaţa de frecare şi vârf. În mod similar, coeficienţii de amortizare specificaţi de către

utilizator sunt atribuiţi frecării laterale şi vârfului pentru a simula rezistenta dinamică a

terenului. Analiza apoi continuă cu calcularea vitezei berbecului utilizând datele de intrare

(eficienta şi cursa acestuia). Mişcarea berbecului produce deformaţii ale resorturilor atribuite

cacilulii de protecţie şi capului pilotului, şi deci, compresii (sau extensii) şi forţe ce

acţionează la partea de sus şi de jos a segmentelor. În plus, mişcarea unui segment de pilot

produce forţe de rezistenţă în teren. O însumare a tuturor forţelor ce acţionează într-un

segment, împărţită la masa segmentului conduc la acceleraţia segmentului. Acceleraţia în

raport cu timpul conduce la viteza segmentului. Viteza înmulţită cu intervalul de timp

conduce la o schimbare a deplasării segmentului care corespunde unor noi forţe în resort.

Aceste forţe împărţite la secţiunea pilotului sunt egale cu eforturile în acel punct.

Calcule similare sunt conduse pentru fiecare segment până când acceleraţiile, vitezele şi

deplasările tuturor segmentelor au fost calculate pentru intervalul de timp. Analiză este apoi

repetată pentru următorul interval de timp utilizând deplasările calculate de la intervalul de

timp precedent. Prin acest procedeu acceleraţiile, vitezele, forţele şi eforturile în fiecare

segment sunt calculate în funcţie de timp. Intervale de timp adiţionale sunt analizate până

când vârful pilotului începe să ricoşeze.

Tasarea remanenta (mm) a vârfului pilotului este calculată prin scăderea mediei

ponderate a deformaţiilor elastice (quake) ale suprafeţei laterale şi vârfului din deplasarea

totală a pilotului. Inversă tesarii remanente este rezistentă baterii (înregistrarea numărului de

lovituri) exprimată în bateri / metru care corespunde rezistenţei ultime considerate.

Efectuând analize utilizând ecuaţia undei pentru o varietate mare de rezistente, se obţine

“curba de rezistenţă” care leagă rezistenta ultimă de rezistenţă de batere. Un astfel de grafic

este foarte diferit de un grafic similar obţinut utilizând formulele dinamice. Graficul asociat

ecuaţiei undei ia în considerare sistemul de batere, cursa ciocanului, tipul pilotului, profilul

terenului şi lungimea pilotului. Dacă intervine vreo modificare într-una din caracteristicile de

mai sus, atunci şi graficul se va schimba. Mai mult, acest grafic cuprinde valorile maxime ale

forţei de compresiune şi eforturile de tensiune din piloţi.

Page 31: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

19

Fig. 2.7 Modelul de analiză a Ecuaţiei undei

Page 32: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

20

2.5 Analiza piloţilor prin testarea dinamică

2.5.1 Introducere

Metodele de testare dinamică utilizează măsurători ale deformaţiilor şi acceleraţiilor

înregistrate în apropierea capului pilotului atunci când un pilot este bătut sau re-batut folosind

un echipament de batere. Aceste măsurători dinamice pot fi utilizate pentru a evalua eficienta

sistemului de batere, pentru a calcula eforturile în pilot în timpul baterii, pentru determinarea

integrităţii structurale a pilotului şi pentru a estima capacitatea portanta statică a acestuia.

Capacitatea portanta a unui pilot se poate determina atât prin mijloace teoretice (formule

dinamice) cât şi prin mijloace tehnologice (Pile Driver Analyzer – Analizatorul de Batere a

Piloţilor – corelat cu CAPWAP).

Rezultatele încercărilor dinamice pot fi evaluate utilizând tehnologia de potrivire a

semnalelor (Signal Matching) pentru a determina distribuţia rezistenţei relative a terenului în

lungul pilotului, dar şi pentru a reprezenta caracteristicile dinamice ale terenului necesare

pentru analiza utilizând ecuaţia undei.

2.5.2 Echipamentul de testare dinamică

Un sistem uzual de testare dinamică este compus din minimum 2 accelerometre şi 2

extensometre (Fig. 2.9) dispuse pe fetele diametral

opuse ale unui pilot pentru monitorizarea şi

înregistrarea deformaţiilor şi acceleraţiilor şi pentru

determinarea impactelor neuniforme. Extensometrele

şi accelerometrele sunt dispuse la două până la trei

diametre sub capul pilotului şi sunt conectate prin

intermediul unor cabluri care converg într-unul singur

la echipamentul de achiziţie a datelor, ca de ex.

Analizatorul de Batere a Piloţilor (Pile Driving

Analyzer – PDA; Fig. 2.9). PDA-ul condiţionează şi

transfora deformaţiile şi acceleraţiile în forţe şi

viteze înregistrate în raport cu timpul. Forţa este

calculată din deformaţia măsurată, ε, înmulţita cu

modulul de elasticitate al betonului, E, şi cu aria transversală, A :

F(t)=EAε(t) (2.24)

Viteza este obţinută prin integrarea acceleraţiei măsurate, a:

v(t)=∫ a(t)dt (2.25)

Pe durata baterii, PDA-ul realizează integrări şi toate celelalte calcule necesare pentru

analizarea înregistrărilor dinamice pentru: transferul de energie, eforturile de batere,

integritatea structural şi capacitatea pilotului. Informaţiile privind calitatea sunt automat

analizate şi, în cazul în care apare vreo problemă, un semnal de alarmă este transmis.

Fig. 2.8 Sistem uzual de testare dinamică

Page 33: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

21

2.5.3 Descrierea metodei de testare dinamică

Fiecare lovitură a ciocanului produce o undă de efort pe capul pilotului, ce parcurge toată

lungimea acestuia. Instrumentele de măsură (extensometre şi accelorometre) montate pe pilot

măsoară deformaţiile şi acceleraţiile pe măsură ce unda parcurge în jos pilotul. Materialul din

care este creat pilotul şi terenul ce înconjoară pilotul, transmit şi reflecta undă pe măsură ce

înaintează în pilot. La vârful pilotului unda este reflectată înapoi la capul acestuia. Atunci

când ajunge sus dispozitivele măsoară deformaţiile şi acceleraţiile cauzate de undă reflectată.

Cunoscând rigiditatea pilotului, forţa poate fi calculată din măsurătorile deformaţiilor.

Acceleraţiile pot fi integrate în raport cu timpul pentru a determina viteza. Măsurarea forţei şi

vitezei reprezintă principalele date utilizate de PDA pentru a determina rezistenta

necunoscută a terenului. În majoritatea aplicaţiilor, ciocanul nu este instrumentat şi doar

Fig. 2.10 Încercarea dinamică a unui pilot

prefabricat

Accelerometru Extensometru

Fig. 2.9 Dispozitivul de analiză şi stocare a datelor

(PDA)

Fig. 2.10 Pilot pregătit pentru test

Page 34: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

22

sistemul pilot-teren este considerat şi analizat. Dacă testul dinamic se execută în timpul

baterii, rezistenta terenului astfel determinată este rezistentă terenului la batere, denumită în

mod uzual RTB. Dacă testul dinamic este realizat la scurt timp după terminarea instalării, este

denumit un test de re-batere. Dacă testul dinamic este realizat la multe zile de la terminarea

instalării, scopul acestuia este de a determina rezistenta statică ultimă a pilotului. În mod

normal, un timp de aşteptare de cel puţin o săptămână după instalare este recomandat. În

structurile “offshore” (pe apă) asemenea întârzieri nu pot fi acceptate. În consecinţă, testul de

re-batere este utilizat ca un indicator grosolan pentru comportarea pe termen lung a

rezistenţei pilotului.

2.5.4 Bazele mecanicii undei

Când o tijă elastică uniforma având secţiunea transversală, A, modulul de elasticitate, E,

şi viteza undei, C, este lovită de către o masă, atunci o forţă, F, este generată la suprafaţă de

impact a tijei. Forţa comprima zonă adiacenta a tijei. Din moment ce materialul este

comprimat, se produce o acceleraţie şi atinge o viteză, v. Atâta timp cât nu sunt zone de

rezistenţă pe tija uniformă, forţa în tija va fi egală cu viteza particulei înmulţita cu impedanţa

pilotului, EA/C.

F=v (2.26)

=EA

c (2.27)

Pentru un anumit material (e.g. beton)

E, A, c sunt constante.

În Fig. 2.11a este prezentată o tijă

uniformă de lungime L, fără zone de

rezistenţă, care este lovită la unul din

capete de către o masă. Unde de forţă şi

viteza (viteza particulelor) vor apărea în

tija (Fig. 2.11b). Aceste unde vor

parcurge tija, având viteza materialului,

c. La timpul L/c undele vor ajunge la

capătul tijei, aşa cum este arătat în Fig.

2.11c şi Fig. 2.11d. Din moment ce nu

sunt condiţii de rezistenţă ce acţionează

asupta tijei, o condiţie de capăt liber

este considerată, şi apare reflectată o

forţă de întindere, care dublează viteza

pilotului la capătul liber, iar forţa netă

devine zero. Unda va parcurge pilotul

cu o forţă egală cu cea considerată

iniţial, doar ca de întindere, şi o viteză

având aceeaşi mărime şi acelaşi sens.

Se considera că tija este un pilot

fără zone de rezistenţă, şi că măsurarea

Fig. 2.11 Mecanica undei pentru un element cu

capăt liber

Page 35: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

23

forţelor şi vitezelor se realizează aproape de capul pilotului. Înregistrări caracteristice ale

forţelor şi vitezelor în raport cu timpul pentru această condiţie de “capăt liber” sunt prezentate

în Fig. 2.12. În grafic, respunsul vârfului pilotului este inregistart la timpul 2L/c. Acesta este

timpul necesar undelor să parcurgă pilotul până la vârf şi înapoi la zona în care se

înregistrează măsurătorile, împărţită la viteza undei. Din moment ce nu sunt efecte de

rezistenţă care să acţioneze în lungul suprafeţei pilotului, înregistrările forţelor şi vitezelor au

valori egale până la zona de relectare (din condiţia de capăt liber) a undelor. La timpul 2L/c,

unda forţei tinde la zero, în timp ce valoarea vitezei se dublează. Exemplificarea reprezintă o

situaţie de batere uşoară unde pilotul pătrunde în teren sub efectul loviturilor de ciocan.

Fig. 2.12 Măsurători ale forţei şi vitezei în raport cu timpul pentru condiţia de “capăt liber”.

Page 36: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

24

În Fig. 2.13a este prezentată o tijă

uniformă de lungime L, care este lovită de o

masă. Din nou nu sunt zone de rezistenţă pe

toată lungimea tijei, dar capătul acesteia este

fix (mişcarea acesteia este împiedicată de nişte

mecanisme astfel încât viteza în punctul

respectiv să fie egală cu zero). Impactul

produs de căderea masei, va produce unde de

forţă şi viteza în tija aşa cum este arătat în Fig.

2.13b. Aceste unde vor parcurge tija cu viteza

c. La timpul L/c, undele vor ajunge la capătul

tijei, aşa cum este arătat în Fig. 2.13c şi Fig.

2.13d. Acolo, condiţiile de “capăt fix” vor

cauza o relectare a undei de compresiune şi

deci forţa la capătul fix se va dubla iar viteza

pilotului va fi zero.

Se considera că tija este un pilot având

capătul fix şi măsurarea forţelor şi vitezelor se

realizează din nou în apropierea capului

acestuia. Înregistrarea forţelor şi vitezelor în

raport cu timpul sunt prezentate în Fig. 2.14.

Din moment ce nu sunt rezistente care să

acţioneze pe suprafaţa pilotului, înregistrările

forţelor şi vitezelor au valori egale până la

zona de relectare (din condiţia de capăt fix) a

undelor. La timpul 2L/c, unda de forţă se măreşte în tip ce unda de viteza tinde la zero.

Exemplificarea reprezintă o situaţie de batere grea în care pilotul este bătut în rocă.

Fig. 2.14 Măsurători ale forţei şi vitezei în raport cu timpul pentru condiţia de “capăt fix”.

Fig. 2.13 Mecanica undei pentru un element cu

capăt fix

Page 37: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

25

După cum s-a discutat mai sus, valorile înregistrate ale forţelor şi vitezelor au valori

egale, sau sunt proporţionale, din momentul impactului şi rămân egale până când sunt

afectate de către rezistenta terenului sau schimbările de secţiune. Reacţiile cauzate de orice

efect vor ajunge la zona de măsurare la timpul 2x/c, unde x este distanţa până la rezistenţă

terenului sau schimbarea de secţiune. Atât efectele cauzate de rezistenţă terenului cât şi cele

cauzate de mărirea secţiunii transversale vor cauza măriri în înregistrările forţelor şi micşorări

în înregistrările vitezelor. Vice versa, reduceri ale secţiunii transversale, ca de ex. cele

cauzate cauzate de defecte ale pilotului, vor produce o descreştere a forţei şi o creştere a

vitezei.

Conceptul de efect produs ca urmare a rezistenţei terenului asupra valorilor forţelor şi

vitezelor poate fi înţeles prin exemplul prezentat în Fig. 2.15. În acest caz, rezistenta terenului

pe un pilot este compusă doar dintr-o rezistentă mică amplasată la adâncimea A, sub

instrumentele de măsurare, şi o rezistenţă mai mare situată la adâncimea B. Asupra pilotului

nu acţionează nicio altă rezistenta deci se considera o condiţie capăt liber, pe vârful pilotului.

Valorile înregistrate ale forţelor şi vitezelor vor fi egală până la timpul 2A/c, când unda de

relectie cauzată de rezistenţă mică a terenului ajunge la instrumentele de măsură. Aceasta

reflecţie va cauza o mică creştere a forţei şi o mică descreştere a vitezei.

Fig. 2.15 Efectele rezistenţei terenului în înregistrarea forţei şi vitezei

Page 38: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

26

Nicio altă rezistenţa a terenului nu acţionează asupra pilotului între timpii 2A/c şi 2B/c.

Prin urmare înregistrările forţelor şi vitezelor vor rămâne paralele în acest interval de timp.

La timpul 2B/c, relectia cauzată de rezistenţă mare a terenului va ajunge la dispozitivele de

măsurare. Refectia cauzată de rezistenţă mare a terenului va produce o creştere a forţei pe

intervalele de timp 2B/c şi 2L/c. Prin urmare înregistrările ferţei şi vitezei vor rămâne din nou

paralele în acest interval de timp.

La timpul 2L/c, reflecţia de la vârful pilotului va ajunge la dispozitivele de măsurare. Din

moment ce nicio rezistentă nu este considerată pe vârful pilotului (din condiţia de capăt liber)

o undă de întindere va fi reflectată. Deci o mărire a vitezei şi o micşorare a forţei se va

produce.

Această interpretare a conceptelor de măsurare a fortie şi vitezei în raport cu timpul poate

fi utilizată pentru evaluarea rezistenţei terenul în contact cu pilotul.

În Fig. 2.16a se poate observa apariţia unei separării minime între înregistrările de forţă

şi viteza între timpul 0 şi 2L/c. Suplimentar, are loc o creştere mare a înregistrării vitezei şi o

descreştere corespunzătoare în înregistrarea forţei, la timpul 2L/c. Această înregistrare indica

rezistenta minimă pe vârf şi suprafaţa laterală a pilotului.

În Fig. 2.16b se poate observa din nou apariţia unei separării minime între înregistrările

de forţă şi viteza între timpul 0 şi 2L/c. Însă o creştere foarte mare în înregistrările forţei şi o

descreştere corespunzătoare în înregistrările vitezelor are loc la timpul 2L/c. Astfel,

înregistrările forţelor şi vitezelor indica o rezistenţă la frecare pe suprafaţa laterală mică şi o

rezistenţă pe vârf foarte mare.

În Fig. 2.16c apare o separare mare între înregistrările forţei şi vitezei între timpii 0 şi

2L/c. Această înregistrare indica o rezistenţă mare la frecare pe suprafaţa laterală a pilotului.

Page 39: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

27

2.5.5 Metodologia de testare dinamică

Au fost dezvoltate două metode de analiză a înregistrărilor dinamice: Metoda CASE şi

CAPWAP. În teren, PDA-ul utilizează ecuaţiile Metodei CASE pentru estimarea rezistenţei

statice a pilotului, calcularea eforturilor de batere şi a integrităţii piloţilor dar şi pentru

calculul transferului de energie al ciocanului. Medoda de analiza CAPWAP este o analiză

numerică mult mai riguroasă care utilizează înregistrările dinamice ale forţei şi vitezei

împreună cu modelarea pilotului şi a terenului utilizând ecuaţia undei pentru a calcula

rezistenta statică a terenului, distribuţia relativă a rezistenţei terenului şi proprietăţile

dinamice ale terenului, cum ar fi quake-ul (constantă elastică) şi amortizarea (constantă

vâscoasă).

2.5.5.1 Metoda CASE de determinare a capacitatii portante

Studiile de cercetare realizate de Universitatea CASE din Cleveland, Ohio, au condus la

o metodă ce foloseşte măsurători electronice realizare în timpul baterii unui pilot pentru

determinarea capacităţii statice. Presupunând că pilotul este liniar elastic şi că are secţiune

constantă, rezistenta statică şi dinamică a pilotului în timpul baterii, RTL, poate fi exprimată

utilizând următoarea ecuaţie:

Fig. 2.16 Înregistrări ale forţelor şi vitezelor pentru diferite condiţii de teren

Page 40: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

28

RTL=1

2[F(t1) F(t2)]

1

2[V(t1) V(t2)]EA/c (2.28)

Unde:

F=forta masurata la pozitia instrumentului de masura

V=viteza masurata la pozitia instrumentului de masura

t1=timpul impactului initial

t2=timpul la care unda initiala este reflectata de la varful pilotului (t1 2L

c)

E=modulul de elasticitate al pilotului

c=viteza undei pentru materialul din care este realizat pilotul

A=aria pilotuli la pozitia instrumentului de masura

L=lungimea pilotului sub pozitia instrumentului de masura

Pentru a obţine rezistenta statică a pilotulu, rezistenta dinamică (amortizarea) trebuie

eliminată din ecuaţia de mai sus. Golbe (1975) a determinat că rezistenţa dinamică poate fi

aproximată ca o funcţie liniara dependenta de amortizare înmulţită cu viteza pilotului, şi că

viteza pilotului poate fi estimată din măsurătorile dinamice de la capul pilotului. Această

ipoteză a condus la ecuaţia standard de determinare a rezistenţei statice, RSP:

RSP=RTL J V(t1)EA

c F(t1) RTL (2.29)

Unde:

J = factor adimensional de amortizare determinat in functie de tipul pilotului din apropierea

varfului pilotului

2.5.5.2 Metoda CAPWAP (CAse Pile Wave Analysis Program)

CAPWAP este un program informatic pentru o determinare riguroasă a capacităţii statice

a pilotului, a distribuţiei relative a rezistenţei terenului şi a caracteristicilor dinamice ale

terenului. O analiză CAPWAP poate fi realizată pentru fiecare lovitură de ciocan care este de

obicei aleasă la momentul finalizării baterii (EOD – end of driving) sau începutul re-baterii

(re-strike). Ca atare, o analiză CAPWAP finisează rezultatele dinamice obţinute cu metoda

CASE, pentru o anumită adâncime de penetrare sau interval de timp. CAPWAP foloseşte

modelarea pilotului şi a terenului corespunzătoare ecuaţiei undei; înregistrările forţelor şi

vitezelor realizate cu PDA-ul sunt utilizate ca şi condiţii la limită, înlocuind modelarea

ciocanului.

În modelul CAPWAP prezentat în Fig. 2.17, pilotul este modelat ca o serie de segmente

continue iar rezistenţa terenului este modelată ca o serie de resorturi elasto-plastice (rezistenţa

statică) şi amortizoare (rezistenţa dinamică). Înregistrările forţelor şi acceleraţiilor din PDA

sunt utilizate pentru a cuantifica forţa în pilot şi mişcarea acestuia, care reprezintă două dintre

cele trei necunoscute. Necunoscută rămasă o reprezintă condiţiile de contur, care sunt definite

de modelarea terenului. Mai întâi sunt realizate estimări rezonabile ale distribuţiei rezistenţei

Page 41: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

29

terenului, deformaţiei elastice (quake) şi a amortizării. Apoi, acceleraţia măsurată este

utilizată pentru a pune în mişcare pilotul. Programul apoi calculează forţa de echilibru de la

capul pilotului, care poate fi comparată cu cea determinată cu ajutorul PDA-ului. Iniţial,

valorile măsurate şi calculate ale forţelor nu vor corespunde. Ajustări sunt realizate asupra

modelului considerat şi repetat procesul de calcul.

Fig. 2.17 Schematizarea analizei CAPWAP

Page 42: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

30

În procesul de potrivire CAPWAP, abilitatea de a potrivi undele măsurate şi cele

calculate la diferite intervale de timp, este controlată de diferiţi factori. În Fig. 2.18 sunt

ilustraţi factorii care influienteaza cel mai mult calitatea potrivirii într-o anumită zonă.

Rezistenţa la frecare laterală considerată, are influienta cea mai mare în calitatea potrivirii

începând cu înregistrarea la timpul tr înaintea impactului şi până la o perioadă egală cu 2L/c.

Acest lucru îl reprezintă ONA 1 din Fig. 2.18.

În ONA 2, rezistenţa pe vârf şi modelarea vârfului (amortizarea vârfului, deformaţia

elastică a acestuia) inflienteaza potrivirea undelor. ona 2 începe de unde se termină ona 1

şi continuă pentru o perioadă egală cu timpul de ridicare tr plus 3ms. Pe parcursul ZONEI 3,

care începe de unde se termină ona 1 şi continuă pentru o perioadă egală cu timpul de

ridicare tr plus 5ms, capacitatea totală este cea care controlează calitatea semnalelor. O

potrivire bună a undelor în ona 3 este esenţială pentru evaluarea capacităţii. ONA 4 începe

de unde se termină ona 2 şi continuă pentru o perioadă de 20ms. Comportarea terenului la

descărcare influienteaza calitatea semnalelor de pe această zonă.

Cu fiecare analiză, programul evaluează calitatea potrivirilor prin însumarea valorilor

absolute ale diferenţelor relative dintre undele măsurate şi cele calculate. Programul

calculează un număr pentru fiecare analiză care este suma numerelor determinate pentru

fiecare dintre cele 4 zone. Un exemplu de iteraţie este prezentat în Fig. 2.19.

Fig. 2.18 Factori care influienteaza potrivirea semnalelor de forţă în CAPWAP (conform

Hannigan, 1990)

Page 43: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

31

Prin acest process de ajustare a erorilor prin multiple iteraţii şi până la modelul terenului

prezentat în Fig. 2.19, modelul terenului este ajustat până când nu se mai observa diferenţe

între forţă măsurată şi cea calculată la partea superioară a pilotului. Modelul terenului rezultat

este considerat cea mai bună estimare a capacităţii statice a pilotului, a distribuţiei rezistenţei

terenului, şi a caracteristicilor acestuia: deformaţia elastică şi amortizarea. Un exemplu al

rezumatului unei analize CAPWAP este prezentat în Fig. 2.20.

Fig. 2.19 Procesul de potrivire a semnalelor utilizând CAPWAP (potrivit lui Hannigan, 1990)

Page 44: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

32

Fig. 2.20 Tabel cu rezultatele finale CAPWAP

Fig. 2.21 Distribuţia eforturilor CAPWAP

Page 45: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

33

3 DETERMINAREA CAPACITĂŢII PORTANTE LA COMPRESIUNE DIN

ÎNCERCĂRI STATICE ŞI DINAMICE, CONFORM NORMELOR ROMANEŞTI

3.1 Relaţia generală de verificare

Proiectarea trebuie să se bazeze pe unul din următoarele moduri de abordare:

- Rezultatele unor încercări sub sarcini statice, despre care s-a demonstrate, prin calcul

sau pe altă cale, că sunt compatibile cu experienţa dobândită în situaţii comparabile;

- Metode de calcul empirice sau teoretice a căror validitate a fost confirmată de

încercări sub sarcini statice în situaţii comparabile;

- Rezultatele unor încercări sub sarcini dinamice a căror validitate a fost demonstrate

prin încercări sub sarcină statică în situaţii comparabile.

Pentru a demonstra că fundaţia preia încărcarea de calcul cu un coeficient de siguranţă

corespunzător faţă de cedarea prin epuizarea capacităţii portante la compresiune, trebuie

satisfăcută următoarea inegalitate pentru toate cazurile de încărcări şi grupările de încărcări

aferente stării limita ultime:

Fc;d Rc;d (3.1)

unde:

Fc;d – valoarea de calcul a încărcării axiale de compresiune asupra unui pilot corespunzătoare

stării limita ultime

Rc;d – valoarea de calcul a rezistenţei la compresiune a terenului în contact cu pilotul, la

starea limita ultima

În principiu, este indicat ca Fc;d trebuie să cuprindă greutatea proprie a pilotului iar Rc;d

să includă presiunea geologia a pământului la baza fundaţiei. Totuşi, aceste două mărimi pot

fi neglijate dacă aproximativ se anulează reciproc.

Atunci când se stabileşte valoarea caracteristică a capacităţii portante ultime la

compresiune Rc;k, pe baza valorilor Rc;m măsurate în una sau mai multe încărcări de probă pe

piloţi, trebuie luată o marjă de siguranţă care să ţină seama de variabilitatea terenului şi de

variabilitatea efectului modului de instalare a pilotului.

3.2 Determinarea capacităţii portante la compresiune din încercări statice de probă

pe piloţi

În cazul structurilor care nu au capacitatea de a transfera încărcările de la piloţii “moi” la

piloţii “tari”, trebuie verificată, ca o condiţie minimă, următoarea relaţie:

Rc;k=Min {(Rc;m)med

1

;(Rc;m)min

2

} (3.2)

în care 1 şi

2 sunt coeficienţi de corelare care depind de numărul de piloţi încercaţi şi care

se aplică asupra valorilor medii (Rc;m)med şi, respectiv, minime (Rc;m)min

a lui Rc;m.

Page 46: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

34

(Rc;m)med – valoarea medie a rezistenţei la compresiune a terenului în contact cu pilotul,

măsurată în una sau mai multe încercări pe piloţi

(Rc;m)min – valoarea minimă a rezistenţei la compresiune a terenului în contact cu pilotul,

măsurată în una sau mai multe încercări pe piloţi

Rc;k – valoarea caracteristică a rezistenţei la compresiune a terenului în contact cu pilotului, la

starea limita ultima

Tabel 3.1 Coeficienţi de corelare pentru testele statice

pentru n = 1 2 3 4

1,50 1,35 1,25 1,15 1,00

1,50 1,25 1,10 1,05 1,00

unde n = numărul de piloţi încercaţi

În cazul structurilor care au o rigiditate şi rezistenţa suficiente pentru a transfera

încărcările de la piloţii “moi” la piloţii “tari”, valorile coeficienţilor 1 şi

2 pot fi împărţite la

1,1, cu condiţia ca 1 să nu fie niciodată mai mic decât 1,0.

Valoarea caracteristică a rezistenţei la compresiune a terenului, Rc;k, poate fi dedusa pe

baza valorilor caracteristice ale rezistenţei pe bază, Rb;k, şi rezistenţei pe suprafaţa laterală

Rs;k, astfel încât:

Rc;k=Rb;k Rs;k (3.3)

Rb;k – valoarea caracteristică a rezistenţei pe baza a pilotului

Rs;k – valoarea caracteristică a rezistenţei de frecare pe suprafaţa laterală a pilotului

Aceste componente pot fi stabilite direct pe baza rezultatelor încercărilor statice de

probă, sau estimate pe baza încercărilor asupra terenului sau a încercărilor la sarcini

dinamice.

Capacitatea portanta de calcul, Rc;d, trebuie sa se determine fie din:

Rc;d=Rc;k

t

(3.4)

Sau

Rc;d=Rb;k

b

Rs;k

s

(3.5)

Tabel 3.2 Tabel cu coeficienţi parţiali de rezistenţă ( R) pentru piloţii de îndesare

Rezistenţa Simbol Set

R1 R4

Pe vârf 1,0 1,3

Page 47: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

35

Pe suprafaţa laterală (compresiune) 1,0 1,3

Totală/combinată (compresiune) 1,0 1,3

Pe suprafaţa laterală (tracţiune) 1,25 1,6

3.3 Determinarea capacităţii portante de calcul la compresiune a piloţilor prefabricaţi

introduşi prin batere, pe baza datelor din încercarea de penetrare statică (CPT):

Rc;d=Abqb,k

2 b3

Fl

s3

U

up (3.6)

unde:

qb;k

- valoarea caracteristică a presiunii pe vârful penetrometrului

qb;k

= qb;k1

qb;k2

2 (3.7)

unde:

qb;k1

- media valorilor înregistrate în straturile situate de la nivelul

vârfului penetrometrului până la o adâncime egală cu 4d sub

acest nivel

qb;k2

- media valorilor înregistrate de la nivelul vârfului

penetrometrului până la o înălţime egală cu βd deasupra

acestui nivel

d- diametrul sau dimensiunea maximă a secţiunii dreptunghiulare a

pilotului [cm]

β- coeficient care se ia în funcţie de stratul în care se execută

penetrarea:

β=3 pământuri coezive, nisipuri cu ID 0,35

β=8 nisipuri cu ID=0,36 0,65

β=15 nisipuri şi nisipuri cu pietriş ID 0,66

Ab- aria secţiunii transversale a pilotului

Fl- forţa de frecare pe suprafaţa laterală a penetrometrului introdus la nivelul vârfului

pilotului

U- perimetrul secţiunii transversale a pilotului

up- perimetrul secţiunii coloanei penetrometrului

b3,

s3- coeficienţi parţiali:

b3=

s3=1,4

Page 48: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

36

3.4 Determinarea capacităţii portante ultime la compresiune pe baza încercărilor de

impact dinamic

Pentru a putea utiliza o încercare pe pilot prin impact dinamic (lovitura de berbec), cu

măsurarea deformaţiei şi acceleraţiei în funcţie de timp în cursul impactului, spre a se evalua

rezistenta la compresiune a piloţilor izolaţi, trebuie ca validitatea rezultatului să fi fost

demonstrată în prealabil prin încercări de probă statice efectuate asupra unui pilot de acelaşi

tip, de aceeaşi lungime, cu aceiaşi secţiune şi în condiţii de teren similare.

O încărcare de probă de acest tip poate de asemenea să includă şi un process de analiză a

curbelor care reprezintă undele de eforturi. Această procedură permite evaluarea cu

aproximaţie a rezistenţei pe suprafaţa laterală şi a rezistenţei pe vârf ale pilotului precum şi

simularea comportării acestuia în termenii relaţiei incercare-tasare.

Valoarea de calcul a capacităţii portante a pilotului, Rc;d, trebuie obţinută cu relaţia:

Rc;d=Rc;k

t

(3.8)

În care:

Rc;k=Min {(Rc;m)med

5

;(Rc;m)min

6

} (3.9)

În care 5,

6 sunt coeficienţi de corelare care depind de numărul n al piloţilor încercaţi şi

se aplică asupra valorii medii (Rc;m)med şi, respectiv, minime (Rc;m)min

a lui Rc;m.

Tabel 3.3 Coeficienţi de corelare pentru teste dinamice

pentru n = 2 5 10 15 20

5 1,60 1,50 1,45 1,42 1,40

6 1,50 1,35 1,30 1,25 1,25

a Valorile lui din acest table sunt aplicabile pentru oncercarile de impact dinamic

b Valorile lui pot fi multiplicate printr-un coeficient de model 0,85 daca se folosesc

incercari de impact dinamic cu calare de semnale

c Valorea lui este indicat sa se multiplice cu un coefficient de model 1,10 atunci cand se

foloseste o formula dinamica de batere cu masurarea deplasarii cvasi-elastice a capului

pilotului sub impact

d Valorile lui trebuie multimplicate cu un coeficient de model 1,20 atunci cand se foloseste

o formula dinamica de batere fara masurarea deplasarii cvasi-elastice a capului pilotului sub

impact

e Daca in fundatie exista tipuri diferite de piloti, este indicat ca grupele de piloti similari sa se

considere separate atunci cand se alege numarul n de piloti incercati

Coeficienţi de corelare pentru stabilirea valorilor caracteristice pe baza încercărilor de

impact dinamic a,b,c,d,e

(n – numarul pilotior incercati)

Page 49: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

37

Tabel 3.4 Inaltimea de cadere a berbecului functie de tipul

acestuia

Tipul de berbec Piloti

verticali

Piloti inclinati

cu 3:1

Berbec cu cadere libera

sau cu actiune simpla

Berbec diesel sau cu

actine dubla

3.5 Determinarea capacităţii portante ultime la compresiune pe baza formulelor de

batere

Formulele de batere trebuie utilizate doar dacă este cunoscută stratificaţia terenului.

Atunci când se utilizează formule de batere pentru evaluarea capacităţii portante ultime a

piloţilor individuali ai fundaţiei, validitatea formulelor trebuie să fi fost demonstrate printr-un

exemplu anterior de comportare acceptabilă în încărcări statice de probă asupra unor piloţi de

acelaşi tip, de lungime şi secţiuni similare şi în condiţii de teren asemănătoare.

Atunci când se utilizează o formulă de batere pentru a se verifica portanta la compresiune

a unui pilot, este indicat că încercarea de batere a pilotului să se fi realizat pe cel puţin 5 piloţi

suficient de distanţaţi unul de celălalt pentru a se putea stabili numărul necesar de lovituri la

seriile finale de lovituri.

În cazul piloţilor purtători pe vârf, bătuţi într-un teren necoeziv, valoarea de calcul a

capacităţii portante la compresiune,, Rc;d, se determină cu:

Rc;d=Rb;k

b

(3.10)

Unde:

b- coeficient partial de siguranta:

b=1,4

Rb;k= aA

2 √(

aA

2)2

aA

e

Q0 0,2q

Q0 q

Q0 H0 (3.11)

unde:

a – factor ce depinde de tipul pilotului şi de condiţiile de batere

A – aria secţiunii pilotului (în cazul piloţilor tubulari se considera suprafaţa secţiunii inelare)

e – refuzul pilotului [cm]

Q0 – greutatea berbecului (sau a părţii care loveşte)

q – greutatea pilotului (inclusiv a căciulii de protecţie şi a părţii staţionare a berbecului)

H0 – înălţimea de cădere a berbecului cm

H1 – mărimea cursei berbecului

E0 – energia de lovire a berbecului [kJ]

Tabel 3.5 Factorul a

Tipul pilotului si

conditiile de batere

a

[kPa]

Pilot din beton armat

(cu caciula de

protectie)

1500

Pilot din lemn (cu

caciula de protectie)

1000

Page 50: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

38

4 STUDII DE CAZ

4.1 Corelarea testelor CAPWAP cu TESTELE STATICE pentru Şantierul: Centrala

de Cicluri Combinate localizat în Portul din Barcelona

4.1.1 Introducere

Fundaţia pe piloţi reprezintă o parte a structurii utilizată pentru a prelua şi transmite

încărcările provenite din structura, prin frecare laterală şi presiune pe vârf către strate portante

localizate la o anumită adâncime sub suprafaţa terenului natural. Capacitatea portanta a

piloţilor este calculată în concordanţă cu proprietăţile terenului sau în concordanţă cu

înregistrările de penetrare consemnate în timpul baterii. Aceste calcule statice şi dinamice

sunt considerate, în mod normal, estimări grosiere pentru capacitatea portanta a piloţilor, şi

pot fi folosite ca ghid pentru determinarea lungimii acestora. Decizia finală asupra lungimii

piloţilor şi a capacităţii acestora trebuie întotdeauna luată după efectuarea testelor de

încărcare asupra acestora.

4.1.2 Teste de încărcare pe piloţi din lucrare

Testarea piloţilor în lucrare se poate face utilizând următoarele metode:

4.1.2.1 Test static de încărcare

Capacitatea portanta a piloţilor este verificată prin efectuarea unor teste de încărcare pe

piloţii stabiliţi din lucrare, în concordanţă cu prevederile normativului ASTM -1143 (1), prin

aplicarea unei forţe constante în anumite intervale de timp. Forţă capabilă este determinată

din curbă de incarcare-tasare generată de încărcarea de încărcarea incrementală. Acest tip de

test este utilizat pe scară largă în toată Europa.

4.1.2.2 Test dinamic de încărcare

Măsurătorile dinamice sunt utilizate pentru a evalua performanta şi eficientă ciocanului şi

a sistemului de batere, eforturile din timpul baterii în piloţi, integritatea structurală a piloţilor,

şi capacitatea lor portanta.

Monitorizarea dinamică este realizată cu ajutorul Analizatiorului de Batere a Piloţilor (Pile

Driving Analyzer PDA) calibrat conform ASTM D4945 (2).

4.1.3 Rezultatele testelor de încercare statică şi dinamică

Pentru priectul localizat în portul din Barcelona au fost realizate 8 încercări dinamice şi o

încercare statică. Scopul încercărilor dinamice a fost de evaluare a capacităţii portante a

piloţilor şi de măsurare a tasării sub forţele aplicate, şi compararea acestora cu rezultatele

testului static. Testele au fost realizate în Februarie 2007. Aceasta subcapitol prezintă

rezultatele încercărilor dinamice şi analiza acestora utilizând PDA-ul.

Analiza de potrivire a semnalelor, CAPWAP, este considerată o procedură standard de

determinare a capacităţii portante a piloţilor utilizând informaţiile furnizate de încercările

dinamice cu deformaţii mari.

Deşi sunt multe aplicaţii ale încercării dinamice, determinarea capacităţii portante

reprezintă principala aplicaţie. Abilitatea de a prezice capacitatea portanta statică din

încercări dinamice a rezultat din multe studii şi cercetări şi a reprezentat principala atenţie în

realizarea testelor dinamice în multe proiecte internaţionale. Practica curentă cere potrivirea

semnalelor cu rezultateale încercărilor pentru a determina cât mai corect capacitatea portanta.

Page 51: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

39

Corelările sigure pentru stabilirea capacitatatii portante, pe termen lung, a testelor

dinamice cu cele statice necesita o analiză simplă. Pentru piloţii bătuţi, testele dinamice ar

trebui realizate în timpul unei re-lovituri, după o perioadă de timp suficientă pentru a permite

relaxarea terenului (stabilizarea schimbărilor de eforturi din teren). Ideal, timpul după

instalarea pilotului şi până la încercarea acestuia pe cale dinamică trebuie să fie similar cu cel

corespunzător timpului de aşteptare în cazul testului static, şi preferabil, la scurt timp după

efectuarea testului static. Însă, presiunile de timp în graficul general de lucrări de cele mai

multe ori impune efectuarea testelor dinamice la o perioadă scurtă de timp, şi astfel relaxarea

totală a terenului nu este realizată. Testarea efectuată pe piloţi foraţi necesita atingerea unei

anumite rezistente a betonului care în mod indirect permite revenirea terenului ca urmare a

procesulu ide forare. Pilotul forat sau bătut trebuie să cunoască o tasare netă / lovitura

suficient de mare (de obicei 2mm sau mai mult) pentru a mobiliza întreaga capacitate. Însă,

testele dinamice pe piloţi foraţi de diametru mare, produc tasări nete foarte mici, şi astfel

capacitatea portanta va rezulta în zona conservative.

4.1.4 Testarea şi analiza dinamică a piloţilor

Testarea dinamică măsoară forţa şi mişcarea din pilot, produse de impactul unui ciocan,

prin intermediul unor accelerometre şi extensometre amplasate la partea superioară a

pilotului, înregistrate cu ajutorul PDA-ului. Procesarea datelor în timp real permite

determinarea eficienţei impactului şi a sistemului de batere, integrităţii structurale a pilotului,

distribuţia rezistenţei terenului şi capacitatea portanta statică a pilotului. Pentru a cuantifica

efectele datorate rezistenţei terenului, informaţiile măsurate sunt analizate cu programul

CAPWAP. Rezultatele analizei CAPWAP includ forţele de rezistenţă statică în lungul

suprafeţei laterale a pilotului (frecare laterală) şip e baza acestuia (rezistenţa pe vârf), tasarea

elastică a terenului (quake) şi valori de amortizare pentru frecare şi vârf, dar şi un grafic de

incarcare-tasare (rezistenţa statică a terenului).

4.1.4.1 Conditii litologice

Terenul în care s-au bătut piloţii pregabricati este caracterizat de următoarele strate

litologice:

Stratul I: strat de umplutură compactată, până la cota -12.0m, realizată ca urmare a

executării lucrărilor portuare din zonă. Stratul este caracterizat de rezistente mici, fiind un

strat slab portant.

Statul ÎI: strat compus din nisip fin şi nisip prăfos cu locale concreţiuni de argile

cimentate, mediu indeast (N30<15) până la cota -18.0m. Stratul este caracterizat de rezistente

medii.

Stratul III: strat compus din argila prăfoasă şi praf argilos de la mediu îndesat la îndesat,

până la cota -21.0m.

Statul IV: start compus din nisip fin spre mediu până la cota -40.0m. Începând cu cota -

34.0m terenul devine îndesat, acesta reprezentând cota de fundare a piloţilor.

4.1.4.2 Detalii asupra pilotilor testati

Piloţii supuşi încercărilor axiale statice şi dinamice sunt realizaţi din beton armat de clasă

superioară C50/60 şi au secţiune pătrată cu dimensiune laturii de 350mm şi 400mm.

Lungimea de la zona de poziţionare a instrumentelor de măsură până la vârful acestora este

prezentată în tabelul de mai jos.

Page 52: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

40

Rezistenţa la compresiune a betonului este de 50MPa cu un conţinut minim de ciment de

350 kg/m3 şi o tasare a betonului cuprinsă între 16-20 cm. Piloţii au fost testate utilizând un

echipament de batere cu o greutate de 9t ce cădea de la o înălţime de 1.2m.

Tabel 4.1 Tabel centralizor cu piloţii testaţi

Pilot Sectiune

W=

greutate

ciocan [t]

Cursa

ciocan

[m]

e = refuz

/ lovitura

[mm]

E1 = energia

transmisa

pilotului

[tm]

ef = eficienta

ciocanului

Lungime

batuta [m]

Lungime

de proba

[m]

PL-1 PT-350 9 1.2 1 7.7 71% 30.40 31.80

PL-2 T-400 9 1.2 1 9.38 87% 30.10 31.50

PL-3 T-400 9 1.2 1 9.52 88% 30.40 31.80

PL-4 PT-350 9 1.2 1 7.66 71% 30.00 31.40

PL-5 PT-350 9 1.2 1 5.1 47% 30.00 31.40

PL-6A PT-350 9 1.2 1 6.88 64% 30.20 31.60

PL-6-2 PT-350 9 1.2 1 6.01 56% 30.10 31.50

PL-7 T-400 9 1.2 2 9.3 86% 30.10 31.50

Astfel, se poate calcul factorul de eficienta al impactului:

eiv=W n2Wp

W Wp

Wp=Ap Lp c=(0.352 31.8 2.5)=9.7 t

n=0.25

eiv=9 0.25

2 9.7

9 9.7=100

4.1.4.3 Echipamentul de testare

Pentru realizarea testelor dinamice s-au utilizat:

- PDA

- accelerometre

- extensometre

Accelerometrele şi extensometrele s-au montat la partea superioară a pilotului, pe fete

opuse, perfect plane, pentru a anula efectul de încovoiere din timpul fiecărei lovituri.

Semnalele de deformaţie şi acceleraţie au fost înregistrate cu PDA-ul.

PDA-ul este un calculator digital ce măsoară şi analizează semnalele de forţă şi viteză

pentru fiecare lovitură şi realizează curbele de forţă şi viteza dependente de timp. În şantier,

PDA-ul utilizează un program bazat pe formula CASE pentru a calcula capacitatea statică a

pilotului utlizand valorile forţei de la partea superioară a pilotului şi viteza. Valoarea

Page 53: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

41

capacităţii este ulterior verificată prin intermediul analizei CAPWAP pentru confirmarea

acesteia.

4.1.4.4 Testarea “in situ” şi analizarea rezultatelor ca urmare a impactului dinamic

Testarea dinamică pe piloţi a fost efectuată prin lovirea acestora de câteva ori în timpul

procesului de re-batere. Pe durata efectuării testului, s-au obţinut măsurători dinamice

complete pentru fiecare lovitură transmisă pilotului.

PDA-ul măsoară rezistenta totală (statică plus dinamică) ce acţionează asupta pilotului. O

parte din rezistenţă totală, ce este calculată ca rezistenţă statică este determinată din factorul

de amortizare al terenului JC.

4.1.4.5 Rezultate şi concluzii Analiza dinamica realizată cu PDA-ul a servit la colecţionarea informaţiilor

disponibile ale terenului, stabilind o ipoteză adevărată pentru obţinerea capacităţii portante a

piloţilor.

Ca şi consecinţă a încercărilor realizate, s-au putut cuantifica parametrii rezistenţei

unitare de frecare pe suprafaţa laterală şi pe vârf pentru difertie straturi de teren traversate de

către pilot.

Se poate semnala, odată analizate informaţiile obţinute cu PDA-ul, că piloţii au traversat

o zonă cu caracteristici de rezistenţă mică până la o adâncime medie ce variază între 12,00m

şi 14,00m, având o rezistenţă unitară pe suprafaţa laterală mai mică de 2t/m2.

În continuare apare o zonă cu caracteristici de rezistenţă medie, amplasată la adâncimi

cuprinse între 12,00m şi 28,00m, având valori ale rezistenţei unitare pe suprafaţa laterală mai

mari de 9 t/m2.

În final, apare o zonă cu caracterisiti de rezistenţă ridicată, unde se realizează incastrarea

piloţilor. Valorile rezistenţei unitare pe suprafaţa laterală se situează între 9 şi 10 t/m2,

crescând până la valori cuprinse între 11,03 şi 14,49 t/m2. Pentru rezistenţa unitară pe vârf

valorile rezistenţei erau cuprinse între 1426 şi 1713 t/m2.

Ţinând cont de aceste valori unitare, se optine rezistenta totală mobilizata între 355 şi

385 tone pentru piloţi de secţiune PT-350 şi între 435 şi 440 tone pentru piloţi de secţiune T-

400; ţinând cont de natura nedistructiva a testului, aceste rezistente sunt inferioare rezistenţei

ultime a terenului.

În ceea ce priveşte integritatea structurală a piloţilor, se poate spune că niciunul dintre

regiştrii măsuraţi nu prezintă reflecşii anormale ale undelor pe suprafaţa laterală pentru care

se poate considera că piloţii sunt integrii dpdv structural.

Încercările realizate au confirmat inexistenta tracţiunilor sau compresiunilor

incompatibile cu tipul de pilot ales, confirmând funcţionalitatea sistemului de fundare ales.

Page 54: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

42

4.1.4.6 Rezultate numerice şi grafice

În ceea ce urmează sunt prezentate rezultatele analizei CAPWAP-W corespunzătoare

următorilor piloţi analizaţi:

Tabel 4.2 Centalizarea rezultatelor testelor dinamice

Rezultatele testelor dinamice

Pilot Tip Lungime

[m]

Rezistenta totala mibilizata Tasare

[mm] Frecare

laterala [tone]

Varf

[tone]

Totala

[tone]

PL-1 PT-350 30.4 176 193 369 1.883

PL-2 T-400 30.1 199 236 435 2.49

PL-3 T-400 30.4 204 236 440 3.454

PL-4 PT-350 30 174 210 384 1.13

PL-5 PT-350 30 171 187 358 0.457

PL-6A PT-350 30.2 183 200 383 0.587

PL-6-2 PT-350 30.5 167 188 355 1.244

PL-7 T-400 30.1 210 228 438 3.36

În următoarele pagini sunt prezentate rezultatele complete ale analizei dinamice şi

cuprind următoarele:

1. Rezumatul informaţiilor proiectului şi piloţilor şi rezultatul încercării

2. Compararea curbelor de Forţă vs. Viteza, măsurate în şantier şi calculate prin

aplicarea metodei CAPWAP-W, trasarea curbei statce de incarcare-tasare şi

distribuitia rezistenţei pe suprafaţa laterală (frecare laterală)

3. Bazele numerice ale curbelor incarcare-tasare

4. Rezultatele numerice a celei mai bune potriviri de curbe prin utilizarea metodei

CAPWAP-W

5. Tabel centralizator în care sunt indicate valorile maxime şi minime ale Forţelor,

Vitezelor, Deplasărilor (tasărilor) şi Energiei. Determinarea capacităţii portante prin

metoda CASE în funcţie de diferite valori ale coeficientului de amortizare vâscoasă

(J)

Page 55: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

43

Fig. 4.1 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-1) pentru un pilot PT-350

Fig. 4.2 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-2) pentru un pilot T-400

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

Page 56: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

44

Fig. 4.3 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-4) pentru un pilot T-400

Fig. 4.4 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-4) pentru un pilot PT-350

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

Page 57: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

45

Fig. 4.5 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-5) pentru un pilot PT-350

Fig. 4.6 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-6A) pentru un pilot PT-350

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

Page 58: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

46

Fig. 4.7 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-6.2) pentru un pilot PT-350

Fig. 4.8 Curba de incarcare-tasare rezultată din calcul dinamic (PL-7) pentru un pilot T-400

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

Pile top

Pile bottom

Page 59: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

47

Suprapunerea rezultatelor celor 8 teste (5 pe piloţi PT-350 şi 3 pe piloţi T-400)

Fig. 4.9 Suprapunerea curbelor de incarcare-tasare rezultate din calcul dinamic pentru 3 piloţi T-400

Fig. 4.10 Suprapunerea curbelor de incarcare-tasare rezultate din calcul dinamic pentru 5 piloţi PT-

350

0

2

4

6

8

10

12

14

0 100 200 300 400 500

Tasa

te [

mm

]

Incarcare [tone]

DLT1-T400

DLT2-T400

DLT3-T400

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 100 200 300 400 500

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [Tone]

DLT1-T350

DLT2-T350

DLT3-T350

DLT4-T350

DLT5-T350

Page 60: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

48

4.1.5 Testarea statica a pilotilor

Un singur pilot având secţiune PT-350 a fost supus solicitării statice. Testul static a

fost realizat conform specificaţiilor din Procedura de testare statică ASTM D-1143-1994.

Forţa a fost aplicată asupra pilotului prin intermediul unei prese hidraulice.

Sistemul de reacţiune a fost constituit din:

4.1.5.1 Ancoraje

S-au folosit 4 ancoraje având o lungime suficientă pentru preluarea eforturilor rezultate

din aplicarea forţei asupra pilotului (Fig. 4.11). Pilotul a fost centrat pe intersecţia ancorajelor

astfel încât distribuţia forţei să se realizeze uniform.

4.1.5.2 Grinzi de reacţiune

Grinzile au avut o grosime şi o rigiditate structurală suficiente pentru a permite

absorbirea eforturilor aplicate asupra pilotului fără nicio deformaţie. Îmbinarea dintre grinzile

de reacţiune şi ancoraje s-a realizat prin intermediul unor conexiuni speciale.

Fig. 4.11 Realizarea unei incercari statice pe pilot PT-350

Page 61: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

49

4.1.5.3 Presa hidraulică

Presa hidraulică utilizată are o capacitate de 500 Tone, astfel încât permite atingerea

forţei de încercare de 300Tone fără probleme. Pentru transmiterea fără probleme a încărcării

asupra pilotului se utilizează o placă de repartiţie sau un inel astfel încât suprapunerea dintre

acestea şi presă hidraulică să se realizeze centrat pe axul pilotului. Presa se conectează la o

pompă hidraulică pentru a atinge diferitele nivele de încărcare.

4.1.5.4 Microcomparatoare

Măsurarea tasării pilotului s-a realizat utilizând 4 microcomparatoare având un cursa

minimă de 50mm şi o precizie de 0.01mm. Micrometrele s-au aşezat pe 2 grinzi de referinţă

paralele, diametral opuse şi dispuse la 900 (pentru măsurarea deplasărilor laterale sau de rotire

cauzate de încărcările excentrice).

Fig

. 4

.13 P

resa

hidraulică

Fig. 4.12 Grinzi de reacţiune

Page 62: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

50

4.1.5.5 Grinzi de referinţă

Aceste grinzi reprezintă sprijinul microcomparatoarelor şi sunt dispuse cu sprijiniri bine

realizate şi înfipte ferm în teren, şi sunt amplasate la o distanţă de minimum 2.5m faţă de

pilot şi elementele de ancoraj.

Încărcarea totală aplicată asupra pilotului 701 (PT-350) care corespunde pilotului PL-1 a

fost de 300 tone.

Pe perioada încărcării s-au aplicat 2 cicluri de încărcare asupra pilotului într-o manieră

eşalonată, primul cu incremente de 25 tone la fiecare oră până la atingerea a 100tone, şi

descărcarea ulterioară, şi al doilea cicul cu incremente de 25 şi 50 tone până la atingerea a

300tone (încărcarea maximă aplicată), şi ulterior descărcarea în paşi de 100 tone.

Fig. 4.14 Dispunerea microcomparatoarelor

Fig. 4.15 Dispunerea grinzilor de referinţă

Page 63: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

51

4.1.6 Rezultate si concluzii

Au fost plasate 4 microcomparatoare pe suprafaţa laterală a pilotului (notate de la 1 la

4) având o precizie de 0,01m ce permit citirea instantanee şi la intrevale de 5, 10, 15, 20, 25,

30, 45 şi 60 minute până la atingerea unei forţe de 100tone. Ulterior s-a realizat un ciclu de

descărcare (în paşi de 50 tone) realizându-se citiri la intervale de 5 şi 10 min.

În continuare s-a realizat ciclul al doilea de încărcare, realizându-se citiri la fiecare 5 şi

10 minute până la atingerea unei forţe de 100tone. Începând cu 100tone până la sarcina

maximă de 300tone, formă de citire a fost instantanee şi la fiecare 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45 şi

60 minute.

Odată atinsă sarcina maximă prevăzută, se dispune descărcarea în 2 trepte la care se

realizează citiri la fiecare 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45 şi 60 minute până la atingerea sarcinii de

100tone, şi de aici până la final (încărcare 0) citirile se vor realiza la 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45,

60, 90 şi 120 minute.

De asemenea s-a utilizat un al cincilea microcomparator pentru a măsura deformaţiile

îmbinării pilotului cu sistemul de reacţiune.

Deformaţiile înregistrate de cele 4 microcomparatoare au fost mici, atingându-se o

deformaţie maximă la finalul încărcării de 300tone de 8,057mm, pentru care, evident, nu s-a

atins rezistenta ultimă.

Revenirea terenului după finalzarea solicitării a fost bună, cu o tasare remanenta

înregistrată la 120 minute după finalizarea descărcării de 1,795mm.

S-a realizat o comparaţie cu rezultatele testelor dinamice observându-se o tasare mai

mare în cazul testelor dinamice, probabil datorate timpului mic de re-batere ce a trecut de la

finalizarea instalării piloţilor şi efectuarea testului (s-a realizat în aceeaşi zi). În cazul

pilotului încercat static, timpul dintre finalizarea instalării şi realizarea testului a fost de 16

zile.

Oricum se poate considera că rezultatele obţinute în urma încercărilor dinamice sunt

conservatoare şi de partea siguranţei.

Page 64: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

52

4.1.7 Rezultate numerice si grafice

Fig. 4.16 Curbă de incarcare-tasare rezultată din încărcare statică pentru un pilot PT-350

Fig. 4.17 Rezultate static vs dinamic

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 50 100 150 200 250 300 350

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [tone]

SLT

SLT

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 100 200 300 400 500

Tasa

re [

mm

]

Incarcare [tone]

SLT

DLT1

DLT2

DLT3

DLT4

Page 65: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

53

4.2 Corelarea testelor CAPWAP cu TESTELE STATICE pentru o serie de proiecte

din Argentina

4.2.1 Introducere

În prima jumătate a anilor 80, a fost introdusă în Argentina testarea piloţilor bazată pe

Teoria Undei de Efort; la început sub formă de Test Sonic de Integritate pe Piloţi (PIT – Pile

integrity test) ca un parametru de control ak calităţii fundaţiilor şi, mai târziu, sub forma

Testelor de Încărcare Dinamică pentru a măsura interacţiunea pilot-teren. Dar până atunci

cum era determinată capacitatea portanta a piloţilor? Răspunsul este foarte simplu, în acelaşi

mod ca în restul lumii, prin utilizarea Testelor Statice de Încărcare. Aşa cum cu toţii

cunoaştem, în ciuda familiarităţii testului static acesta reprezintă un consumator important de

timp şi bani.

În decursul acelor ani, unde Asigurarea Calităţii a început să joace un rol important în

sectorul de construcţii din Argentina, dar şi datorită creşterii eforturilor s-a impus un control

tot mai riguros asupra verificării fundaţiilor pe piloţi. Coraborat cu creşterea economică,

disponibilitatea noilor tehnologii în construcţii şi grafice strânse de lucru pentru finalizarea

lucrărilor, a permis Testării Dinamice să fie introduse ca o metodă alternativă de testare.

Obiectivul acestui subcapitol este de a prezenta corelarea dintre Testarea Dinamică şi cea

Statică realizate pe acelaşi pilot. Testarea Dinamică s-a realizat utilizând echipament FPDS-3,

dezvoltat de TNO Building & Construction Research (Olanda), în timp ce Testarea Statică s-a

realizat sub directiva standardelor ASTM. Atunci când s-a realizat testul static, structura de

preluare a reactinii a fost realizată dintr-o grindă şi piloţi de reacţiune ancoraţi sub zona de

influienta a pilotului testat.

4.2.2 Studiul 1 – Clădiri rezidenţiale

Şantierul a fost compus dintr-un grup de clădiri construite în oraşul Buenos Aires,

Argentia. Condiţiile de teren sunt descrise în următorul profil geotehnic (Fig. 4.18) iar piloţii

au fost de dislocuire, realizaţi din beton armat, turnaţi “în situ” sub protecţia noroiului

bentonitic (caracteristicile pilotului sunt prezentate în Tabel 4.3).

Tipul

pilotului

Bentonita Diametru

[m]

Lungime

[m]

I 0.35 14.0

II 0.40 15.0

III 0.50 15.0

Tabel 4.3 Caracteristicile piloţilor Studiul 1

Proiectul de fundaţii este compus din 408 piloţi amplasaţi sub capitele în grupuri de unul,

doi sau trei. Integritatea tuturor piloţilor instalaţi a fost verificată cu metoda impedanţei

mecanice pentru a se verifica dacă aveau defecte structurale şi pentru a stabili care dintre

aceştia erau subiectul testelor statice şi dinamice.

S-a decis de către inginerul lucrării, că primii trei piloţi trebuie testaţi static cu metoda

“lentă” şi 7 dintre piloţi (29 piloţi) dinamic (rezultatele încercării sunt prezentate în Tabel

4.4).

Page 66: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

54

Tip test Tip

pilot Cantitate

Incarcare,

SLS

[MN]

Incarcare

maxima [MN]

Tasare

maxima

[mm]

Dinamic I 10 0.6 1.4 2.6

Dinamic II 10 0.7 1.9 3.0

Dinamic III 9 0.9 2.4 3.9

Static I 1 0.6 1.2 2.2

Static II 1 0.7 1.4 2.1

Static III 1 0.9 1.8 2.6

Tabel 4.4 Rezultatele testelor Studiul 1

Concluzii: Rezultatele testelor sunt prezentate în Fig. 4.19, de unde se poate vedea foarte

clar bună corelare dintre testele dinamice şi cele statice. Calitatea acestei potriviri depinde

dramatic de calitatea investigaţiilor geotehnice, de cunoaşterea proprietăţilor mecanice ale

Fig. 4.18 Profil geotehnic

Page 67: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

55

betonlui şi de supraconsumul de beton, pentru a verifica variaţiile în secţiunea transversală a

piloţilor.

Fig. 4.19 Curbe de încărcare - tasare rezultate din teste statice şi dinamice Studiul 1

Page 68: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

56

4.2.3 Studiul 2 – Instalaţii industriale

Proiectul consta în extinderea undei instalaţii industrial în zona de sud a Gran Buenos

Aires, unde 250 de piloţi prefabricaţi din beton armat au fost bătuţi cu un ciocan diesel.

Informaţiile cu privire la piloţi sunt prezentate în Tabel 4.5.

Tipul pilotului

Secţiune

transversală

[m x m]

Lungime

[m]

Prefabricat din

beton

0.4 x 0.4 19.0

Tabel 4.5 Caracteristici pilot Studiul 2

Pentru a determina lungimea piloţilor în diferite zone ale şantierului, analize cu PDA-ul

au fost efectuate, monitorizând Rezistenta Baterii, eforturi, etc. Integritatea a 100% din piloţi

a fost testată cu teste sonice căutând piloţii fisuraţi, cu defecte structurale, 10 (20 piloţi) au

fost testaţi dinamic şi 1 pilot a fost testat static pentru a avea o corelaţie între cele două

metode. Rezumatul acestor investigaţii este prezentat în Tabel 4.6.

Tip test Cantitate

Încărcare,

SLS

[MN]

Încărcare

maximă

[MN]

Tasare

maximă

[mm]

PDA 40 - - -

Dinamic 20 1.2 2.9 4.8

Static 1 1.2 2.4 3.8

Tabel 4.6 Rezultatele testelor Studiul 2

Este interesant de discutat ce să intaplat cu acesta corelaţie. Datorită perioadei scurte de

timp pentru finalizarea instalării piloţilor, Inginerul a decis efectuarea testelor Dinamice

imediat după finalizarea baterii – chiar dacă GEOTECNICA CIENTEC a intenţionat să îl

convingă să nu facă întocmai pentru că se va obţine o rezistenţă totală mai mică datorită

influientei presiunii apei din pori.

Profilul geotehnic, prezintă profilul stratigrafic rezultat din încercările SPT şi CPT.

Deoarece au fost detectate discrepante în timpul forajului propiu-zis în diferite zone ale

şantierului, conul olandez a fost utilizat. A fost de asemenea foarte utilă Predicţia Baterii

Piloţilor (PDP – Pile Driving Prediction), realizată înainte ca primul pilot să fie bătut, pentru

a selecta cel mai potrivit ciocan diesel. În Fig. 4.20 sunt prezentate rezultatele testului

executat pe pilotul nr 135, unde primul test dinamic realizat nu a îndeplinit aşteptările, ca

urmare a explicaţiei de mai sus. Dup ace rezultatele au fost disponibile, Inginerul a decis

realizarea unui test static 2 săptămâni mai târziu, considerând că testul nu putea fi pentru

determinarea capacităţii ultime, deoarece pilotul era din fundaţie. La 5 zile de la finalizarea

testului static, echipamentul de piloţi a fost utilizat pentru re-baterea pilotului nr. 135 pentru

monitorizarea comportamentului dinamic al acestuia.

Page 69: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

57

Aşa cum poate fi observant, diferenţele dintre primul test dinamic şi testul static dar şi

cel dinamic secundar, au fost cauzate de faptul că nu a fost luat în considerare, în solurile

coezive, săturate, efectele baterii asupra remodelării structurii terenului şi înceată disipare a

presiunii porilor ceea ce a condus la o reducere a capacităţii portante.

Concluzie: Testele dinamice sunt afectate de caracteristicile geotehnice locale dar şi de

condiţiile de teren în momentul efectuării înregistrărilor. Acesta este motivul pentru care

primul test dinamic nu a furnizat informaţii sigure, deoarece comportarea interacţiunii teren-

pilot în timpul testului a fost diferită de cea din faza de proiectare. Este alegerea autorului că,

pentru a realiza o proiectare geotehnică mai bună a piloţilor, mai eficientă şi mai puţin

costisitoare, trebuie să realizeze încercări de penetrare CPT în timpul programului de

investigare geotehnică. În acest sens se poate obţine o mai bună potrivire a semnalelor între

undele ce sunt reflectate, deoarece se pot evalua modele ale terenului cât mai exacte.

4.2.4 Studiul 3 – Poduri

În provincia Santa Fe, Argentina, datorită inundaţiilor anuale ale Răului Panama, cauzate

în principal de ploi abundente în timpul sezonului ploios, multe poduri din zona de luncă, au

trebuit reconstruite iar altele extinse.

În acest caz, proiectul a constat în ridicarea infrastructurii şoselei dar şi a măririi lungimii

podului de la o deschidere de 10m la un tablier cu două deschideri de 15 metrii fiecare.

Proiectarea geotehnică a fundaţiei a fost bazată pe rezultatele studiului geotehnic

prezentat în Fig. 4.21, adoptând piloţi foraţi turnaţi sub protecţia noroiului bentonitic.

Detaliile privitoare la piloţi sunt prezentate în Tabel 4.7.

Tip

pilot Noroi bentonitic

Diametru

[m]

Lungime

[m]

Forat 1.20 21.5

Tabel 4.7 Caracteristicile pilotilor/ Studiul 3

Fig. 4.20 Curbe de încărcare - tasare rezultate din teste statice şi dinamice

Studiul 2

Page 70: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

58

Pilele nordice, sudice şi intermediare au avut câte 3 piloţi fiecare, care au fost testaţi cu

PIT, căutând defecte structurale cum ar fi: fisuri, segregări, beton contaminat şi lungimea lor

reală. Rezultatele testului sunt prezentate în Tabel 4.8.

În urma interpretării semnalelor testului sonic, s-a hotărât că pilotul nr. 4 prezintă o

reducere a impedanţei.

După o analiza detaliată folosind programul de potrivire a semnalelor TNOWAVE, a fost

stabili că anomalia a constat în reducerea secţiunii transversale din 1,20m (secţiunea

nominală) la 1,12m pe o lungime de 0,5m şi la o adâncime de 14,6m, măsurată de la capul

pilotului. Cu acest rezultat, s-a hotărât continuarea investigării, pentru a determina

comportarea reală a interacţiunii pilot-teren şi pentru stabilirea fiabilităţii elementului de

fundare în a prelua şi transmite încărcări terenului înconjurător. Astfel, s-a realiaz atât un test

static cât şi un test dinamic asupra pilotului nr. 4.

Fig. 4.21 Litologie Studiul 3

Page 71: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

59

Tip test Cantitate

Încărcare,

SLS

[MN]

Încărcare

maximă

[MN]

Tasare maximă

[mm]

Dinamic 1 4.0 6.5 7.3

Static 1 4.0 7.2 8.6

Tabel 4.8 Rezultatele testelor Studiul 3

Datorită condiţiilor geotehnice locale, în mare parte compuse din teren nisipos, s-a

realizat un test staic “rapid”. Rezultatele sunt prezentate în Fig. 4.22 împreună cu partea

dinamică.

Concluzii: Aşa cum se poate observa din figura alăturată, testul dinamic poate avea o

corelare precisă cu testul static, inclusiv pentru încărcări mari – 7MN după cum este aici

cazul.

Ca şi în cazurile precedente, pentru clădiri şi instalaţii industriale, este o condiţie

irevocabilă – pentru a obţine o potrivire adecvată sau o corelare cât mai exactă dintre testele

statice şi dinamice pentru acelaşi fenomen de interacţiune pilot – teren – prezenţa unei

investigaţii geotehnice cât mai complete, cunoştinţa parametrilor utilizaţi pentru construirea

fundaţiei precu şi caracteristicile piloţilor.

4.2.5 Concluzii generale

În cazurile prezentate mai sus, în care piloţii erau diferiţi ca dimensiuni şi metode de

execuţie – de la piloţi prefabricaţi bătuţi şi până la piloţi turnaţi ïn situ”sub protecţia noroiului

bentonitic – instalaţi în argila, calcar şi nisip afectând interacţiunea dintre pilot – teren în mai

multe feluri sub solicitări mici spre mari, toţi au avut un numitor comun.

Numitorul comun este, considerând că toate testele s-au realizat, înregistrat şi procesat

corect, calitatea informaţiei de bază. Cu alte cuvinte, informaţia geotehnică, dimensiunile şi

forma piloţilor, proprietăţile mecanice ale materialelor utilizate şi procedura de instalare.

Fig. 4.22 Curbe de încărcare - tasare rezultate din teste

statice şi dinamice

Page 72: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

60

Pentru ambele tipuri de teste, Static şi Dinamic, informaţia este vitală. Este inutilă obţinerea

de informaţii multe, neconcludente, pe hârtie – în cazul testelor statice – şi într-un program –

în cazul testelor dinamice – pentru construirea curbei de Încărcare – Tasare.

Page 73: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

61

5 MODELAREA INTERACŢIUNII PILOT-TEREN ÎN ABAQUS

Pentru modelarea interacţiunii pilot-teren s-a utilizat programul de calcul ABAQUS.

Pilotul prefabricat are următoarele caracteristici:

- Secţiune 400x400 [mm2]

- Clasă beton: C50/60 [MPa]

- Lungime activă: 30 [m]

Amplasamentul este caracterizat de urmatoarea litologie:

Stratul I: strat de umplutură compactată, până la cota -12.0m, realizată ca urmare a

executării lucrărilor portuare din zonă. Stratul este caracterizat de rezistente mici, fiind un

strat slab portant.

Statul ÎI: strat compus din nisip fin şi nisip prăfos cu locale concreţiuni de argile

cimentate, mediu indeast (N30<15) până la cota -18.0m. Stratul este caracterizat de rezistente

medii.

Stratul III: strat compus din argila prăfoasă şi praf argilos de la mediu îndesat la îndesat,

până la cota -21.0m.

Statul IV: start compus din nisip fin spre mediu până la cota -40.0m. Începând cu cota -

34.0m terenul devine îndesat, acesta reprezentând cota de fundare a piloţilor.

Pentru a simula starea de eforturi şi deformaţii în teren s-a introdus pilotul prin aplicarea

unei încărcări dinamice, la partea superioară a acestuia, până la cota proiectată. Pentru a

modela încercările statice, efectuate deja pe piloţi de probă din amplasament, s-au aplicat

succesiv următoarele trepte de încărcare: 100t, 125t, 150t, 175t, 200t, 250t, 300t.

Terenul este modelat printr-un paralelipiped cu latura de 10m şi adâncime 35m,

discretizat cu elemente de 0,4m.

Modelul constitutiv folosit pentru analiză este Druker-Prager (model elasto-plastic).

Rezultatele modelului se regăsesc în Fig. 5.1.

Page 74: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

62

Fig. 5.1 Rezultatele analizei realizate cu ABAQUS

Fig. 5.2 Compararea rezultatelor din ABAQUS cu cele STATICE

0

1

2

3

4

5

6

7

0 50 100 150 200 250 300

Static

ABAQUS

Incarcare [t]

Tasare [mm

]

Page 75: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013

Ing. Adrian Botezatu Lucrare de disertaţie

Masterat: Ingineria Clădirilor

63

6 BIBLIOGRAFIE

Normativ NP045-2000: Incercarea in teren a piltotilor de proba, Institutul de Studii şi

Proiectare pentru îmbunătăţiri funciare – ISPIF, 2000

D1143-81 (Reaprobata 1994): Metoda standard de testare a pilotilor solicitati la

compresiune axiala, Societatea Americana pentru Teste si Materiale, 1994

D4945-00: Metoda standard de testare a pilotilor sub solicitari dinamice (deformatii mari),

Societatea Americana pentru Teste si Materiale, 2000

Hanningan, P. J., Golbe, G. G., Thendean, G., Likins, G. E., si Rausche, F. FHWA HI 97-013

(Revizuita Noiembrie 1998): Proiectarea si construirea fundatiilor pe piloti prefabricati,

Vol. 1 si 2, Departamentul American de Transporturi – Administratia federala a autostrazilor,

1998

Poulos, H. G. si Davis, E. H. (1980) Proiectarea si analiza fundatiilor pe piloti, Universitatea

din Sidney, Ed. Rainbow – Bridge Book Co.

Standard Roman SR EN 1997-1: Eurocod 7 – Proiectarea geotehnica, Reguli generale,

ASRO Asociatia de standardizare din Romania, 2006

Normativ NP123: Normativ provind proiectarea geotehnica a fundatiilor pe piloti, UTCB

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, 2008

C. R. Mullins (1992): Proiect de testare a pilotilor de diametru mare, Lucrari ale Conferintei

“Piloti de diametru mare, instrumentati in terenuri argiloase”, Londra, Iunie 1992

Caroll L. Crowther (1998): Teste de incarcare pe fundatii de adancime

Societatea Germana pentru Testarea Statica si Dinamica (1997): Recomandari pentru

testarea statica si dinamica a pilotilor

Golbe, G. G. (1988): Proceuri moderne pentru proiectarea fundatiilor pe piloti prefabricati,

DFI/NCSU/ASCE Seminar despre optiunile de proiectare si constructie a fundatiilor capabile

sa preia incarcari mari, Raleigh, NC

GRL (1996): Programul CASE de analiza a undei pe piloti – CAPWAP, Cleveland, Ohio

Smith, E. A. (1960): Analiza baterii pilotilor prin ecuatia undei, Lucrari ale Societatii

Americane de Inginerie Civila, 86 SM4, pag. 35-61

Goldemberg, H. si J. J.: Corelarea rezultatelor obtinute in urma testelor statice cu cele

dinamice – studii de caz, Geotecnica Cientec, Argentina

Terratest Cimentaciones (2006): Fundarea pe piloti prefabricati a Centralei de Cicluri

Combinate din Portul din Barcelona, Barcelona, T-04526-H

Page 76: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013
Page 77: Master IC - Adrian Botezatu - Corelatie Intre Teste Statice Si Teste Dinamice - Iunie 2013