Analiza modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova

Osnove o elaboratu ispitivanja šipova

S obzirom na iskustvo u ispitivanju šipova velikog broja objekata i s obzirom na problematične situacije u analizi konačnih rešenja integriteta i nosivosti šipova, predloženo je uvođenje Elaborata ispitivanja šipova kao tehničkog dokumenta za objekte fundirane na šipovima. Ovaj elaborat integralni je deo predloga 4 u radu Razvoj modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova i u njemu se definišu:

• ciljna i alternativna metoda ispitivanja integriteta šipova: SIT i CSL,
• metode ispitivanja integriteta šipova u kontekstu projekta i izgradnje šipova: sva ispitivanja se sprovode primenom SIT i/ili primenom CSL, jedan deo ispitivanja se sprovodi primenom SIT, a jedan deo primenom CSL,
• faze ispitivanja integriteta šipova u kontekstu izgradnje šipova: ispitivanje integriteta šipova pre izgradnje šipova (probni šipovi), ispitivanje integriteta šipova nakon izgradnje šipova (probni i/ili radni šipovi),
• količine (obim) ispitivanja integriteta šipova: ispitivanje određenog broja ili svih šipova SIT, ispitivanje određenog broja šipova CSL (probni i/ili radni šipovi), definisanje kombinacija broja ispitivanja šipova SIT i CSL,
• ciljna i alternativna metoda ispitivanja nosivosti šipova: SLT i DLT,
• metode ispitivanja nosivosti šipova u kontekstu projekta i izgradnje šipova: sva ispitivanja se sprovode primenom SLT i/ili primenom DLT, jedan deo ispitivanja se sprovodi primenom SLT, a jedan deo primenom DLT,
• faze ispitivanja nosivosti šipova u kontekstu izgradnje šipova: ispitivanje nosivosti šipova pre izgradnje šipova (probni šipovi), ispitivanje nosivosti šipova nakon izgradnje šipova (probni i/ili radni šipovi),
• količine (obim) ispitivanja nosivosti šipova: ispitivanje određenog broja šipova SLT (probni i/ili radni šipovi) i/ili DLT (probni i/ili radni šipovi), ispitivanje šipova samo SLT ili DLT, definisanje kombinacija broja ispitivanja šipova SLT i DLT,
• redosled ispitivanja integriteta i nosivosti šipova: SIT nakon izgradnje šipova, a SLT i/ili DLT nakon dostizanja finalne čvrstoće betona; CSL nakon dostizanja određene čvrstoće betona, a SLT i/ili DLT nakon dostizanja finalne čvrstoće betona; kombinacija SIT i CSL nakon dostizanja određene čvrstoće betona, a SLT i/ili DLT nakon dostizanja finalne čvrstoće betona.

Takođe, u ovom elaboratu se sprovode:

• analiza interakcije ispitivanja integriteta i nosivosti šipova (međusobni uticaj): koliko redukcija integriteta poprečnog preseka ili modula elastičnosti betona utiče na nosivost šipa, koliko redukcija nosivosti šipa utiče na kriterijume integriteta po pitanju fizičko‒mehaničkih karakteristika i impedance šipa,
• definicija modela odluke o konačnim integritetima i nosivostima šipova u kontekstu razvijenog modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova.

Analizom rezultata ispitivanja probnih i/ili radnih šipova detaljnije bi se razmatrala zaključna razmatranja u Elaboratu ispitivanja šipova:

• broj šipova koji zadovoljava i nezadovoljava kriterijume integriteta i/ili nosivosti,
• pitanje generalizacije u oceni integralnosti i nosivosti za grupu šipova koja je slična po karakteristikama, dejstvima (uticajima) i geološkim uslovima u kojima je izgrađena kao i ispitivani šip ‒ reprezent grupe,
• razmatranje inženjersko‒geoloških ispitivanja, koja imaju za posledicu uticaj na kvalitet integriteta i/ili nosivosti šipova,
• razmatranje pitanja tehnologije izgradnje šipova,
• aspekti varijacija (ukoliko se dobije redukovana integralnost i/ili nosivost šipova): geometrije šipova (dužine, prečnika), količine (broja) šipova, rasporeda (raspodele) šipova,

razmatranje preporuka kada se jave problematične situacije: dodatna ispitivanja integriteta (druge metode i/ili drugi šipovi), dodatna ispitivanja nosivosti (druge metode i/ili drugi šipovi), bušenje šipa, analiza uzoraka betona, snimanje kamerom, sanacija ili ojačanje šipa, izgradnja novog šipa ili grupe šipova.

Predlog definisanja količina (obim) ispitivanja kao jedna od mera modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova

Pregledom obimne literature dostupne na internetu i odgovarajućih standarda za ispitivanje integriteta i nosivosti šipova može se konstatovati da ne postoji zvanični dokument u kojem su sistematizovano prikazane količine (obim) ispitivanja šipova razvrstane po tipovima ispitivanja. Tek će standard Evrokod 7, koji treba da bude objavljen naredne godine, definisati količine (obim) ispitivanja šipova u funkciji tipa ispitivanja. Prema ovom predlogu standarda minimalne količine ispitivanja šipova glase:

• SLT: N_SLT=min(max(1;0.5%N)) ‒ test granične nosivosti,
• SLT: N_SLT=min(max(2;1%N)) ‒ test upotrebljivosti,
• DLT: N_DLT=min(max(3;1%N)) ‒ test granične nosivosti,
• DLT: N_DLT=min(max(6;5%N)) ‒ test upotrebljivosti,

gde je N ukupan broj šipova objekta izgrađeni u sličnim geološkim uslovima. Takođe, predlažu se količine (obim) ispitivanja šipova na osnovu iskustava autora ovog rada i drugih autora, ali i na osnovu određenih inženjerskih principa koji se koriste u geotehničkom inženjerstvu. Ove definisane količine (obim) ispitivanja šipova predstavljaju jednu od ključnih karika u procesu korišćenja modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova u praktične svrhe, kao što je situacija kada se javlja potreba izrade programa ispitivanja šipova. Ispitivanje integriteta šipova SIT kod zgrada, hala, mostova, potpornih zidova, industrijskih objekata i sl.:

• sprovodi se na N_SIT=100% svih šipova,
• posebno se mora poštovati prethodni kriterijum kod šipova izgrađenih tehnologijom bušenja sa klasičnom ili tiksotropičnom isplakom, bušenih/zabušenih (CFA) i pobijenih Franki šipova,
• potrebna količina ispitivanja šipova se može redukovati na N_SIT=80%, u slučaju primene prefabrikovanih armiranobetonskih ili čeličnih šipova, koji se izgrađuju tehnologijom pobijanja, a za koje je, prilikom izgradnje pobijanjem u određenom obimu, sproveden monitoring testom dinamičkog opterećenja šipa pri pobijanju (PDT ‒ Pile Driving Test), gde je analiziran i integritet šipa.

Ispitivanje integriteta šipova CSL kod zgrada, hala, mostova, potpornih zidova, industrijskih objekata i slično:

• sprovodi se minimalno na N_CSL=20% svih šipova,
• posebno se mora poštovati prethodni kriterijum kod šipova izgrađenih tehnologijom bušenja sa klasičnom ili tiksotropičnom isplakom i pobijenih Franki šipova,
• u kompleksnijim geotehničkim uslovima, gde postoji značajnija varijacija u stratifikaciji slojeva tla, u inženjersko‒geološkom profilu terena, i kada se pokaže da postoji značajnija deformabilnost određenih slojeva tla ili slojevi velike stišljivosti potrebno je sprovesti i veći broj CSL ispitivanja šipova.

Veći stepen pouzdanosti rezultata dobija se prilikom ispitivanja šipova CSL, u odnosu na ispitivanja šipova SIT. U tom smislu nije neophodno šipove ispitivati i SIT, ukoliko su isti ispitani CSL. Sa druge strane, u praksi se gotovo nikada ne rade ispitivanja izgrađenih armiranobetonskih šipova CSL, kao naknadna ispitivanja, jer bi to značilo da bi šipove trebali bušiti i instalirati odgovarajuće cevi u koje se postavlja voda i spuštaju sonde za analizu integriteta. Međutim, ukoliko bi se ispitivanja šipova sprovela samo SIT i na odgovarajućem broju šipova pokazao problem u dijagnostici analize defekta betona ili diskontinuiteta, u pogledu redukcije poprečnog preseka ili modula elastičnosti betona, tada bi se morala sprovesti dodatna istraživanja: SSL, CSL, testom integriteta šipa sa 3D tomografskim prikazom CSLT, testom paralelne seizmičke metode PSM, snimanje kamerom, makroskopska i laboratorijska analiza uzoraka betona. Na osnovu prethodno navedenih činjenica može se konstatovati da je jako bitno kvalitetno planirati količine (obim) ispitivanja probnih i/ili radnih šipova, s obzirom da je vrlo često ekonomski efekat ispitivanja ključan za investitora. Ispitivanje šipova SIT višestruko je jeftinije u odnosu na ispitivanje šipova CSL. Međutim, ograničenja SIT, zapravo, jesu indirektnost dobijenih rezultata ispitivanja, pa samim time ovaj test, u određenim situacijama, može biti problematičan za interpretaciju rezultata. Kod primene CSL interpretacija rezultata ispitivanja je nedvosmislena i jasna, s obzirom da se merenje sprovodi direktno‒simultanom multidimenzionalnom propagacijom talasa po poprečnim presecima betona, uz diskretizaciju intervala merenja od 1cm duž stabla šipa. U tom smislu kombinacija ova dva testa predstavljala bi najbolju opciju za ispitivanje šipova svih objekata, s tim što bi se Elaboratom ispitivanja šipova definisalo procentualno učešće svih testova, posebno za probne i posebno za radne šipove. Ovo su kombinovane situacije, kod kojih se čak, za određeni broj šipova, može naizmenično sprovesti i SIT i CSL kako bi se dodatno kalibrisali rezultati dobijeni SIT, u odnosu na rezultate CSL. Ovo je posebno korisno kod objekata sa velikim brojem šipova. Na osnovu stepena efikasnosti primenjenog testa, u kombinovanim situacijama, potrebna količina (obim) ispitivanja šipova može se definisati prema izrazu ‒ uveden u ovom istraživanju:

gde je n₁ potrebna količina šipova koje treba ispitati prvim testom, N₁ procentualno potreban broj šipova koje treba ispitati prvim testom, n₂ potrebna količina šipova koje treba ispitati drugim testom, N₂ procentualno potreban broj šipova koje treba ispitati drugim testom, s ukupan broj šipova. Vrednosti koeficijenata N₁ i N₂ su prethodno prikazane pojedinačno po razmatranim testovima.

Ispitivanje nosivosti šipova SLT kod zgrada, hala, mostova, potpornih zidova, industrijskih objekata i sl.:

• sprovodi se na N_SLT=2% svih šipova, ali tako da nikako ne može biti manje od 2 šipa, pri čemu, ukoliko se primenjuje redukcija potrebnog broja šipova, treba razmotriti uvođenje drugih tipova testova nosivosti šipova,
• u slučaju manjih projekata, ukoliko se iz uslova N_SLT=2% dobije da je potrebno ispitati znatno manje od 1 šipa, usvaja se da je minimalno potrebno ispitati 1 šip,
• potreban broj šipova, koji se ispituju, može se analizirati i u saglasnosti sa globalnim faktorom sigurnosti F_s (relacija granična / dozvoljena nosivost), čija vrednost je u granicama 1.5≤F_s≤2.1 (najčešće je potrebno ispitati i više do N_SLT=2% svih šipova), i gde se većom vrednošću faktora sigurnosti zahteva manji obim ispitivanja, a manjom vrednošću faktora sigurnosti veći obim ispitivanja:
• za vrednost F_s=1.5 potrebno je ispitati N_SLT≈2.5% svih šipova,
• za vrednost F_s=1.65 potrebno je ispitati N_SLT≈2.25% svih šipova,
• za vrednost F_s=1.8 potrebno je ispitati N_SLT≈2.0% svih šipova,
• za vrednost F_s=1.95 potrebno je ispitati N_SLT≈1.5% svih šipova,
• za vrednost F_s=2.1 potrebno je ispitati N_SLT≈1%.

Ispitivanje nosivosti šipova DLT kod zgrada, hala, mostova, potpornih zidova, industrijskih objekata i sl.:

• sprovodi se na N_DLT=5% svih šipova, ali tako da nikako ne može biti manje od 4 šipa, pri čemu, ukoliko se primenjuje redukcija potrebnog broja šipova, treba razmotriti uvođenje drugih tipova testova nosivosti šipova,
• potreban broj šipova, koji se ispituju, može se analizirati i u saglasnosti sa globalnim faktorom sigurnosti F_s, čija vrednost je u granicama 1.95≤F_s≤2.2 (najčešće je potrebno ispitati i više od N_DLT=5% svih šipova), i gde se većom vrednošću faktora sigurnosti zahteva manji obim ispitivanja, a manjom vrednošću faktora sigurnosti veći obim ispitivanja:
• za vrednost F_s=1.95 potrebno je ispitati N_DLT≈5% svih šipova,
• za vrednost F_s=2 potrebno je ispitati N_DLT≈4% svih šipova,
• za vrednost F_s=2.03 potrebno je ispitati N_DLT≈3.5% svih šipova,
• za vrednost F_s=2.1 potrebno je ispitati N_DLT≈2.5% svih šipova,
• za vrednost F_s=2.2 potrebno je ispitati N_DLT≈1.5%,
• u opštem slučaju važi princip da za isti faktor sigurnosti, kod SLT i DLT, treba primeniti minimalno tri puta veći broj šipova koji se ispituju DLT.

Analiza potrebnih količina (obim) ispitivanja nosivosti šipova definisana je u saglasnosti sa vrednostima globalnog faktora sigurnosti F_s. Međutim, postoji mogućnost da se potrebne količine (obim) ispitivanja nosivosti šipova sprovedu u finkciji značaja objekta, tipa konstruktivnog sistema objekta, prostorne i stratifikacijske promene parametara geologije i slično. U praksi se često pojavljuje situacija analize potrebnih količina (obim) ispitivanja nosivosti šipova DLT. Konsultanti investitora i projektanti, u velikom broju slučajeva, opredeljuju se za ovaj tip testa, jer je brz, efikasan, dovoljno pouzdan, bezbedan, sofisticiran i dosta ekonomičniji u odnosu na SLT. U tom smislu su i prethodno definisane potrebne količine (obim) ispitivanja DLT određene u funkciji potrebnih količina (obim) ispitivanja SLT. Korelacije su uspostavljene primenjujući proceduru verifikacije nosivosti prema standardu EN 1997‒1:2004. Postupak korelacije razvijen je bazirajući se na ekvivalenciji rešenja dobijenog SLT i DLT.

Analiza upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova za objekat‒kule Ušće 2

Objekat‒kula Ušće 2 lociran je na Novom Beogradu u neposrednoj blizini postojećeg objekta‒kule Ušće 1 (slika 1). Objekat je spratnosti Po2+Po1+P+22 i dimenzija u osnovi 53m x 24m.

Slika 1. Lokacija objekta‒kule Ušće 2 na Novom Beogradu

Temeljna konstrukcija sastoji se od 146 armiranobetonskih bušenih šipova. Preko šipova postavljena je armiranobetonska ploča debljine. Na slici 2 prikazan je objekat‒kula Ušće 2 u fazi izgradnje.

Slika 2. Objekat‒kula Ušće 2 u fazi izgradnje

Planirana su ispitivanja:

• SIT na svakom završenom šipu,
• CSL za određeni broj šipova (duž cele dužine šipa),
• standardni i ciklični SLT prema ISO 22477‒1 za najmanje tri probna šipa na lokaciji i kapacitetu prema projektnoj dokumentaciji,
• DLT na najmanje 10% izvedenih šipova, sa vrha šipa, u svrhu potvrde kapaciteta izvedenog šipa.

Ispitivanja integriteta i nosivosti sprovedena su na:

• 148 šipova (2 probna i 146 radnih šipova) primenom SIT,
• 16 šipova (1 probni i 15 radnih šipova) primenom CSL,
• 3 šipa (2 probna i 1 radni šip) primenom SLT,
• 6 šipova (2 probna i 4 radna šipa) primenom DLT.

Na slikama 3a i 3b prikazana su sprovedena ispitivanja integriteta šipova za objekat‒kulu Ušće 2 primenom SIT i CSL, respektivno.

Slika 3. Sprovedena ispitivanja integriteta šipova za objekat‒kulu Ušće 2: a) SIT, b) CSL

Na slikama 4 i 5 prikazana su sprovedena ispitivanja nosivosti šipova za objekat‒kulu Ušće 2 primenom SLT i DLT, respektivno.

Slika 4. Sprovedena SLT ispitivanja nosivosti šipova za objekat‒kulu Ušće 2

Slika 5. Sprovedena DLT ispitivanja nosivosti šipova za objekat‒kulu Ušće 2

Bazni pokazatelji efikasnosti upravljanja kvalitetom ispitivanja integriteta i nosivosti šipova jesu: količina (obim) ispitivanja šipova, vreme potrebno da se sprovede pojedinačno ispitivanje i sva ispitivanja šipova, troškovi pojedinačnih i svih ispitivanja šipova i kvalitet sprovedenih ispitivanja šipova. Količine (obim) sprovedenih ispitivanja šipova za objekat‒kulu Ušće 2 su prethodno prikazane u zavisnosti od primenjenog tipa ispitivanja i tipa šipa. Na osnovu analize potrebne SIT količine (obim) ispitivanja, može se konstatovati da je uslov od N_SIT=100% ispitanih šipova zadovoljen, dok je kod CSL analize potrebne količine (obim) ispitivanja ovaj uslov N_CSL=20% (30 šipova), nezadovoljavajući. Međutim, s obzirom da je ispitivanje integriteta šipova objekta sprovedeno kombinujući dva testa, tada se prema izrazu (1) dobija da je potrebna količina (obim) ispitivanja primenom SIT jednaka 71.

Dakle, kao što se može videti, kada se ispitivanje sprovodi kombinujući dva testa integriteta, tada se ispitivanje SIT može sprovesti na 71 radnom šipu, dok se ispitivanje CSL može sprovesti na 15 radnih šipova. S obzirom da je SIT sproveden na 100% svih šipova, može se konstatovati da je ispunjen bazni pokazatelj efikasnosti upravljanja kvalitetom ispitivanja integriteta šipova, a to je količina (obim) ispitivanja integriteta šipova. Na osnovu analize potrebne količine (obim) ispitivanja, primenom SLT, može se konstatovati da je uslov N_SLT=2% svih šipova ispunjen, jer je SLT sproveden na 3 šipa. Sa druge strane, za vrednost faktora sigurnosti F_s=1.5 potrebno je ispitati N_SLT=2.5% svih šipova, a to je minimalno 3.7 šipova. Uvidom u geotehnički elaborat može se konstatovati da su šipovi projektovani za faktore sigurnosti veće od 2 (F_s=3 za bazu i F_s=2 za omotač), međutim SLT su sprovedeni za vrednost faktora sigurnosti F_s=1.5. Sa druge strane, određeni problem može da predstavlja pozicija ispitanih probnih šipova (blisko koncentrisani). Jedan deo objekta je fundiran na slojevima tla bolje nosivosti u odnosu na drugi deo objekta. Na osnovu analize potrebne količine (obim) ispitivanja, primenom DLT, može se konstatovati da uslov N_DLT=5% svih šipova (a to je 7.3 šipa) nije ispunjen, jer je DLT sproveden na 6 šipova (2 probna i 4 radna šipa). Međutim, s obzirom da su pored DLT sprovedeni i SLT, prethodni kriterijum se može smatrati uslovno zadovoljenim.

Ispitivanja integriteta i nosivosti šipova se sprovode nekoliko faza, od kojih se izdvajaju: priprema plana i opreme ispitivanja, izrada i montaža opreme i sistema za ispitivanje, sprovođenje i upravljanje ispitivanjem, demontaža opreme ispitivanja, obrada podataka, proračun rezultata i pisanje izveštaja ispitivanja. Detaljna analiza aktivnosti i vremena sprovođenja ispitivanja šipova glasi:

• analiza vremena sprovođenja SIT:
• priprema i sprovođenje ispitivanja,
• obrada podataka i pisanje izveštaja ispitivanja,
• analiza vremena sprovođenja CSL:
• priprema ispitivanja,
• montaža opreme, sprovođenje ispitivanja i demontaža opreme,
• obrada podataka i pisanje izveštaja ispitivanja,
• analiza vremena sprovođenja SLT:
• priprema ispitivanja ‒ izgradnja prve konstrukcije za ispitivanje,
• montaža opreme i sprovođenje ispitivanja,
• demontaža opreme,
• demontaža konstrukcije za ispitivanje,
• priprema ispitivanja ‒ izgradnja druge konstrukcije za ispitivanje,
• montaža opreme i sprovođenje ispitivanja,
• demontaža opreme,
• demontaža konstrukcije za ispitivanje,
• obrada podataka i pisanje izveštaja ispitivanja,
• analiza vremena sprovođenja DLT:
• montaža opreme i sprovođenje ispitivanja,
• demontaža opreme,
• obrada podataka i pisanje izveštaja ispitivanja.

Sa prethodno definisanim aktivnostima, potrebnim za ispitivanje integriteta i nosivosti šipova, mogu se efikasno razmatrati aspekti dinamičkog plana projektovanja i izgradnje objekta u interakciji sa dinamičkim planom ispitivanja šipova. U zavisnosti od primenjenog modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova iz prethodnog rada (od predloga 1 do predloga 4), metodom kritičnog puta CPM utvrdile bi se prioritetne aktivnosti u procesu planiranja projektovanja, ispitivanja i izgradnje objekta. Troškovi pojedinačnih ispitivanja i svih ispitivanja šipova funkcija su, između ostalog, kompleksnosti tehnologije ispitivanja i efikasnosti ispitivanja. Evidentno je da se u velikom broju slučajeva investitor u konsultaciji sa projektantom odlučuje za primenu SIT, pre nego li za primenu CSL, s obzirom da je razlika u ceni 20-tak puta manja u korist SIT. Međutim, treba ponovo naglasiti da je SIT, zapravo, indirektna metoda ispitivanja integralnosti šipa, dok je CSL detaljna i multidimenzionalna metoda. Ispitivanje nosivosti šipova DLT znatno je brže i efikasnije u odnosu na SLT. Međutim, interpretacija rezultata DLT, u slučaju tla sa visokim stepenom prigušenja i kompleksne geologije, može biti veoma problematična. U tom smislu veoma povoljno je primeniti kombinovani sistem ispitivanja ‒ SLT i DLT. Kvalitet sprovedenih ispitivanja šipova funkcija je primenjene metodologije i tehnologije ispitivanja šipova, primene odgovarajućih standarda i iskustva i obučenosti ispitivača (inženjera i tehničara).

Link za više informacija:

Ćosić M., Šušić N., Prica M., Božović N., Đoković K.: Quality Management Model of Piles Testing ‒ Analysis, Geotechnical Aspects of Civil Engineering and Earthquake Engineering, Vrnjačka Banja, Serbia, 2023, pp. 571-581.