Link za više informacija:
Ćosić M., Bozić-Tomić K., Šušić N.: Pile Integrity and Load Testing: Methodology and Classification, Building Materials and Structures, Vol. 62, No. 1, 2019, pp. 43-68.
S obzirom na to što je razvijen veći broj testova ispitivanja integriteta šipova, ovde je prikazana sprovedena klasifikacija na:
- test integriteta šipa sa senzorom (SIT – Sonic Integrity Test),
- test integriteta šipa sa jednom sondom (SSL – Singlehole Sonic Logging),
- test integriteta šipa sa dve ili više sondi (CSL – Crosshole Sonic Logging),
- test integriteta šipa sa 3D tomografskim prikazom (CSLT – Crosshole Sonic Logging Tomography),
- test termalnog integriteta šipa (TIP – Thermal Integrity Profiler),
- gama-gama test integriteta šipa (GGL – Gamma-Gamma Logging),
- paralelna seizmička metoda (PSM – Parallel Seismic Method).
Testovi integriteta šipova sprovode se kod: bušenih šipova izgrađenih tehnologijom bušenja i vađenja tla na površinu terena, šipova izgrađenih tehnologijom nevibriranja, odnosno bušenjem bez vađenja tla na površinu terena (CFA) i šipova izgrađenih tehnologijom pobijanja. Tipovi integriteta koji se ispituju ovim testovima klasifikovani su u nekoliko grupa: stvarna dužina šipa, promena porečnog preseka duž omotača šipa, pojava diskontinuiteta (prslina) duž omotača šipa, analiza defekata duž omotača šipa, analiza brzine propagacije talasa kroz šip, analiza gustine ili poroznosti betona i analiza temperature hidratacije cementa. U zavisnosti od samog pristupa šipu, ispitivanje integriteta može se sprovesti: preko glave šipa (neinvazivni test SIT), kroz instalirane cevi u šipu (preinvazivna priprema testa SSL, CSL, CSLT, TIP, GGL) i preko glave šipa i kroz instaliranu cev u tlu (neinvazivni test šipa, ali postinvazivna priprema tla PSM). Na slici 2 prikazan je dijagram toka opšte klasifikacije tipova testova integriteta šipova.
Slika 2. Dijagram toka opšte klasifikacije tipova testova integriteta šipova
Test integriteta šipa sa senzorom (SIT – Sonic Integrity Test ili PIT – Pile Integrity Test) u praksi se zove i test eha zvuka (SET – Sonic Echo Test) ili test eha šipa (PET – Pile Echo Test), a pripada grupi niskodilatacionih testova (LST – Low Strain Test). Test integriteta šipa sa senzorom (SIT) zasniva se na teoriji propagacije talasa kroz šip, s ciljem utvrđivanja defekata/diskontinuiteta i dužine šipa. Ovaj test realizuje se na principu indukovanja, propagacije, refleksije, refrakcije i recepcije talasa u šipu. Indukcija talasa inicira se putem spoljašnjeg dejstva, udarom čekića, tako da je spoljašnji transmitovani signal, u opštem slučaju, impulsnog karaktera. Propagacija talasa kroz šip sprovodi se nakon iniciranja talasa, od glave do baze šipa i suprotno. Efekat refleksije javlja se na mestu kontakta dva različita medijuma, u konkretnom slučaju, na mestu baze šipa i tla, gde talas propagira ka glavi šipa. Refrakcija talasa jeste efekat prelamanja talasa na kontaktu dva medijuma, kao što je kontakt baze i omotača šipa s tlom. Bazni uslov, koji treba da je ispunjen kako bi se mogao efikasno razmatrati integritet šipa ovim testom, jeste da dužina talasa, koji se inicira, bude veća od prečnika šipa, tako da se propagacija talasa u šipu može razmatrati primenom jednodimenzionalne teorije rasprostiranja talasa u čvrstom medijumu. Zapis promene brzine propagacije talasa u vremenu, mereno na mestu glave šipa, prikazuje se putem reflektograma. Generalno razmatrajući, promene na reflektogramu javljaju se usled promene u bazi šipa, promene u prečniku duž omotača šipa, delimičnom inkluzijom tla u domen šipa, prslinama (većim, značajnijim), varijacijom kvaliteta materijala šipa, varijacijom slojeva tla i uticajem armaturnog čelika u šipu (jako armirani šip). Test integriteta šipa sa senzorom (SIT) zasniva se na: dinamici kretanja krutog tela, talasnoj teoriji, metodi karakteristika, teoriji elastičnosti, dinamici konstrukcija, interakciji konstrukcija-tlo i teoriji i obradi signala. Prema dinamici kretanja krutog tela, razmatra se apliciranje spoljašnjeg dejstva udarom idealno krutog tela (čekića) o glavu šipa. Prema talasnoj teoriji, razmatraju se aspekti propagacije talasa kroz šip i tlo. Prema metodi karakteristika, razmatraju se aspekti kretanja odlazećih i dolazećih talasa sa identifikacijom defekata i diskontinuiteta u šipu. Prema teoriji elastičnosti, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa i tla linearno-elastičan. Prema dinamici konstrukcija, razmatraju se oscilacije šipa u interakciji sa tlom u vremenskom domenu. Prema interakciji konstrukcija-tlo, razmatra se spregnut problem statičke i dinamičke interakcije i reakcije dva medijuma (šip i tlo), bitno različitih fizičko-mehaničkih karakteristika. Prema teoriji i obradi signala, razmatraju se digitalizacija i procesiranje signala, s ciljem dobijanja odgovarajućih konačnih rezultata, primenljivih u građevinskoj inženjerskoj praksi, pomoću kojih se donose odluke o stanju integriteta šipa. Oprema za sprovođenje testa integriteta šipa sa senzorom (SIT) sastoji se iz: klasičnog mehaničkog čekića ili mehaničkog čekića povezanog električnim kablom za merenje karakteristika indukovanog signala, čije vreme trajanja ne sme biti duže od 1ms i ne sme prouzrokovati defekat šipa (za šipove prečnika manjeg od 1m koriste se čekići težine 0.5kg, 1.5kg i 3.5kg, a za šipove prečnika većeg od 1m koriste se čekići težine 1.5kg, 3.5kg i 6kg), senzora (akcelerometra) za prijem signala (opsega akceleracija minimalno 50g, rezonantne frekvencije minimalno 30kHz i tačnosti minimalno 5%) i uređaja za akviziciju, memorisanje, obradu i vizuelizaciju podataka. Test integriteta šipa sa senzorom (SIT) sprovodi se u nekoliko koraka: analiziraju se svi relevantni podaci u pasošu šipa i geotehničkom elaboratu, setuje se oprema, podaci i parametri za šip koji se ispituje, aplicira se udarac čekića u zoni centra ose šipa, na prethodno pripremljenu površinu glave šipa se postavi senzor (akcelerometar), pri čemu treba da je udaljenost pozicije senzora od mesta aplikacije udarca maksimalno 300mm, postupak se ponavlja nekoliko puta (minimalno 3 puta), a ukoliko se pokaže potrebnim koriguju se parametri skaliranja i filtriranja (za šipove prečnika većeg od 500mm primenjuju se 4 merenja – u 2 ortogonalna-radijalna pravca), konstruiše se reprezentativni reflektogram za prosečne vrednosti (3 reflektograma) i naknadno se sprovodi obrada podataka dobijenih reflektograma.
Test integriteta šipa sa sondama (CSL – Crosshole Sonic Logging) pripada grupi niskodilatacionih testova (LST), pri čemu postoje varijantna rešenja s jednom sondom ili većim brojem sondi. Test integriteta šipa ili test eha zvuka s jednom sondom (SSL – Singlehole Sonic Logging ili SHUT – Singlehole Ultrasonic Test) sprovodi se radi analize defekata/diskontinuiteta u šipu, a zasniva se na propagaciji talasa primenom sonde u kojoj su smešteni transmiter i risiver. Talasi se emituju putem transmitera, propagiraju kroz vodu, zid cevi, šip, reflektuju na mestima kontakta s tlom i prihvataju risiverom. S obzirom na to što se transmiter spušta/podiže vertikalno naniže/naviše duž šipa, kontinualno se prati signal koji se dobija putem risivera. U tom smislu, ovaj test najviše se koristi za direktnu analizu defekata u poprečnom preseku, pa se integracijom odgovora dobija kompletnija slika o stanju šipa. Primena testa eha zvuka, s jednom sondom (SSL), najzastupljenija je kod šipova manjeg prečnika ili kod šipova kod kojih se, usled odgovarajućih ograničenja za ispitivanje, može koristiti mala zona poprečnog preseka. Test integriteta šipa ili test eha zvuka s dve sonde ili više sondi (CSL – Crosshole Sonic Logging ili CHUT – Crosshole Ultrasonic Test), slično testu integriteta šipa s jednom sondom (SSL), zasniva se na propagaciji talasa primenom sondi, međutim, s razdvojenim transmiterom i risiverom. U jednu cev postavlja se transmiter, a u drugu risiver, tako da se postepenim spuštanjem/podizanjem transmitera i risivera vertikalno naniže/naviše prati stanje šipa po poprečnim presecima duž omotača šipa. Integracijom dobijenih analiza duž šipa, dobija se kompletna slika o mogućim defektima/diskontinuitetima, pri čemu se mogu detektovati i manji defekti, prsline (veće, značajnije), šupljine, intruzija vodom/tlom i betonska gnezda. Najveći broj defekata identifikuje se u okolini cevi, međutim, za veće prečnike šipova može se koristiti veći broj cevi za sprovođenje testa. Na taj način, dobija se kvalitetnija slika stanja integriteta šipa. 2D ili 3D tomografija integriteta šipa (CSLT – Crosshole Sonic Logging Tomography) jeste dodatno unapređena verzija testa integriteta šipa s dve sonde ili više sondi (CSL). Prilikom ovog testa, beleže se emitovani signali pod različitim uglovima i pravcima, a ne samo direktno horizontalno između transmitera i risivera, tako da se naknadnim procesiranjem i rekonstrukcijom dobija 2D i 3D prikaz stanja u šipu, pri čemu se vizuelno volumenski mogu jasno uočiti i izdvojiti defekti/diskontinuiteti kao nezavisne celine. Takođe, ovi defekti i kompletan šip mogu se prikazati u 4D. Test integriteta šipa sa sondama (CSL) zasniva se na: talasnoj teoriji, teoriji elastičnosti i teoriji i obradi signala. Prema talasnoj teoriji, razmatraju se aspekti propagacije talasa kroz šip, vodu i cevi. Prema teoriji elastičnosti, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa linearno-elastičan. Prema teoriji i obradi signala, razmatraju se digitalizacija i procesiranje signala, s ciljem dobijanja odgovarajućih konačnih rezultata primenljivih u građevinskoj inženjerskoj praksi, pomoću kojih se donose odluke o stanju integriteta šipa. Oprema za sprovođenje testa integriteta šipa sa sondama (CSL) sastoji se iz: metra s tegom za preliminarnu proveru dužine i nezapušenosti instaliranih cevi, transmitera (generiše ultrazvučni signal frekvencije od 30kHz do 100kHz), risivera (frekvencije do 50kHz), kablova za povezivanje transmitera i risivera sa uređajem za akviziciju podataka, tripoda za kablove sa senzorima za pozicioniranje sondi i uređaja za akviziciju, memorisanje, obradu i vizuelizaciju podataka. Test integriteta šipa sa sondama (CSL) sprovodi se u nekoliko koraka: analiziraju se svi relevantni podaci u pasošu šipa i geotehničkom elaboratu, definiše se orijentacija cevi u šipu, u odnosu na poziciju ostalih šipova i naglavnu ili temeljnu ploču, cevi se ispune vodom pre betoniranja šipa ili sat vremena nakon toga, setuju se oprema, podaci i parametri za šip koji se ispituje, u cev se paralelno spuštaju/podižu transmiter i risiver, a za SSL test transmiter pa risiver, mada su zajedno povezani istim kablom, transmiter i risiver se spuštaju približno do 50mm od kraja cevi, a zatim započinje proces snimanja signala uz postepeno (polako) podizanje transmitera i risivera, kada se ispitivanje sprovodi u cilju 2D ili 3D tomografskog prikaza integriteta šipa (CSLT), preporuka je da vertikalna visinska razlika između transmitera i risivera bude do 300mm (najviše do 500mm), konstruišu se adekvatni dijagrami, odnosno ultrazvučni profili i naknadno se sprovodi obrada podataka dobijenih ispitivanjem.
Test termalnog integriteta šipa (TIP – Thermal Integrity Profiler) pripada grupi niskodilatacionih testova (LST) i zasniva se na analizi temperature hidratacije cementa radi identifikacije defekata/diskontinuiteta kod bušenih i nekih tipova CFA šipova. Karakteristike ovog testa jesu to što se mogu analizirati kompletni poprečni preseci duž šipa i indicirati zone betona viših i nižih kvaliteta, a mogu se otkriti i veoma mali defekti/diskontinuiteti u šipu. Varijantna rešenja ovog testa integriteta su: s jednom sondom, dve sonde ili više sondi i kablovima s termalnim senzorima. Test termalnog integriteta šipa (TIP) zasniva se na: termodinamičkoj teoriji, teoriji elastičnosti i teoriji i obradi signala. Prema termodinamičkoj teoriji, razmatraju se aspekti provođenja toplote kroz šip. Prema teoriji elastičnosti, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa linearno-elastičan. Prema teoriji i obradi signala, razmatraju se digitalizacija i procesiranje signala, s ciljem dobijanja odgovarajućih konačnih rezultata primenljivih u građevinskoj inženjerskoj praksi, pomoću kojih se donose odluke o stanju integriteta šipa. Oprema za sprovođenje testa termalnog integriteta šipa (TIP) sastoji se iz: metra s tegom za preliminarnu proveru dužine i nezapušenosti instaliranih cevi (ukoliko se koristi sistem sa cevima), sonde (4 ortogonalno postavljena senzora po jednoj sondi, ukoliko se koristi sistem sa cevima), kablova s termalnim senzorima (ukoliko se koristi sistem sa senzorima), kablova za povezivanje sonde ili kablova i senzora sa uređajem za akviziciju podataka, tripoda za kablove sa senzorima za pozicioniranje sondi i uređaja za akviziciju (frekvencija semplovanja signala minimalno 1Hz), memorisanje, obradu i vizuelizaciju podataka. Test termalnog integriteta šipa (TIP) s cevima sprovodi se u nekoliko koraka: analiziraju se svi relevantni podaci u pasošu šipa i geotehničkom elaboratu, definiše se orijentacija cevi u šipu, u odnosu na poziciju ostalih šipova i naglavnu ili temeljnu ploču, setuje se oprema, podaci i parametri za šip koji se ispituje, u cev se spušta sonda do 10cm od kraja (dna) cevi, a zatim započinje očitavanje uz postepeno (polako) podizanje, konstruiše se dijagram promene temperature duž šipa i naknadno se sprovodi obrada podataka dobijenih ispitivanjem. Test termalnog integriteta šipa (TIP) s kablovima i termalnim senzorima sprovodi se u nekoliko koraka: analiziraju se svi relevantni podaci u pasošu šipa i geotehničkom elaboratu, prethodno instalirani kablovi i senzori povezuju se sa uređajem za akviziciju podataka, setuju se oprema, podaci i parametri za šip koji se ispituje, senzorima se detektuje promena toplote hidratacije cementa, konstruiše se dijagram promene temperature duž šipa i naknadno se sprovodi obrada podataka dobijenih ispitivanjem.
Gama-gama test integriteta šipa (GGL – Gamma-Gamma Logging) pripada grupi niskodilatacionih testova (LST) i zasniva se na emitovanju i propagaciji gama zraka kroz šip, analizirajući gustinu ili poroznost betona i identifikujući defekte/diskontinuitete. Ovaj test sprovodi se tako što se kroz instalirane cevi (potpuno suve) vertikalno naniže/naviše spušta/podiže integrisana sonda transmiter-risiver ili nezavisne sonde transmiter i risiver. Na osnovu etalonske vrednosti gustine betona, za svaki korak merenja, utvrđuje se odstupanje i konstruiše dijagram s prikazom zona visokih gustina, zona niskih gustina i tranzicione zone. Gama-gama test integriteta šipa (GGL) zasniva se na: talasnoj teoriji, teoriji elastičnosti i teoriji i obradi signala. Prema talasnoj teoriji, razmatraju se aspekti propagacije gama zraka kroz šip i cevi. Prema teoriji elastičnosti, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa linearno-elastičan. Prema teoriji i obradi signala, razmatraju se digitalizacija i procesiranje signala, s u ciljem dobijanja odgovarajućih konačnih rezultata primenljivih u građevinskoj inženjerskoj praksi, pomoću kojih se donose odluke o stanju integriteta šipa. Oprema za sprovođenje gama-gama testa integriteta šipa (GGL) sastoji se iz: metra s tegom za preliminarnu proveru dužine i nezapušenosti instaliranih cevi, transmitera (izvor emitovanja gama zraka treba da je cezijum 137), risivera (detektor gama zraka treba da se zasniva na principu rada Geiger-Mueller-ovog brojača), kablova za povezivanje transmitera i risivera sa uređajem za akviziciju podataka, tripoda za kablove sa senzorima za pozicioniranje sondi i uređaja za akviziciju, memorisanje, obradu i vizuelizaciju podataka. Gama-gama test integriteta šipa (GGL) sprovodi se u nekoliko koraka: analiziraju se svi relevantni podaci u pasošu šipa i geotehničkom elaboratu, definiše se orijentacija cevi u šipu, u odnosu na poziciju ostalih šipova i naglavnu ili temeljnu ploču, setuju se oprema, podaci i parametri za šip koji se ispituje, u cev se spuštaju/podižu transmiter i risiver (transmiter je s donje, a risiver s gornje strane, pri čemu radijus detekcije gama zraka treba da je od minimalno 7.5cm do maksimalno 12cm) – ispitivanje s jednom cevi, transmiter i risiver se spuštaju do 15cm od kraja (dna) cevi, a zatim započinje proces očitavanja uz postepeno (polako) podizanje transmitera i risivera (interval očitavanja treba da je maksimalno 4cm, uz minimalnih 200 očitavanja za ceo šip) – ispitivanje s dve cevi ili više cevi, konstruišu se adekvatni dijagrami s prikazom zona visokih gustina, zona niskih gustina i tranzicione zone i naknadno se sprovodi obrada podataka dobijenih ispitivanjem.
Paralelna seizmička metoda (PSM – Parallel Seismic Method) pripada grupi niskodilatacionih testova (LST), a ovim postupkom se indirektnim putem, propagacijom talasa kroz šip i tlo, utvrđuje postojanje defekata/diskontinuiteta u šipu, a takođe određuje se njegova dužina. Ovaj test je posebno koristan za određivanje dužine postojećih šipova objekata. Aplikacijom spoljašnjeg dejstva po glavi ili bočnoj strani glave šipa, stvaraju se vibracije koje se prenose kroz šip i tlo, gde se primenom risivera beleže signali u digitalnom formatu, koji se naknadno obrađuju. Analizom serije zabeleženih signala, utvrđuju se stvarna dužina šipa i eventualno postojanje defekata/diskontinuiteta. Paralelna seizmička metoda (PSM) zasniva se na: talasnoj teoriji, teoriji elastičnosti i teoriji i obradi signala. Prema talasnoj teoriji, razmatraju se aspekti propagacije talasa kroz šip, tlo, cev i vodu. Prema teoriji elastičnosti, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa linearno-elastičan. Prema teoriji i obradi signala, razmatraju se digitalizacija i procesiranje signala u cilju dobijanja odgovarajućih konačnih rezultata primenljivih u građevinskoj inženjerskoj praksi, pomoću kojih se donose odluke o stanju integriteta šipa. Oprema za sprovođenje paralelne seizmičke metode (PSM) sastoji se iz: klasičnog mehaničkog čekića ili mehaničkog čekića povezanog električnim kablom za merenje karakteristika indukovanog signala, čije vreme trajanja ne sme biti duže od 1ms i ne sme prouzrokovati defekat šipa, sonde (hidrofona) za prijem signala (longitudinalnih i transverzalnih talasa) na svakih 10cm do 50cm duž šipa (frekvencija semplovanja minimalno 50kHz), čelične cevi i uređaja za akviziciju, memorisanje, obradu i vizuelizaciju podataka. Paralelna seizmička metoda (PSM) sprovodi se u nekoliko koraka: analiziraju se svi relevantni podaci u pasošu šipa i geotehničkom elaboratu, cev se utiskuje u tlo, a zatim ispuni vodom, setuju se oprema, podaci i parametri za šip koji se ispituje, u cev se spušta/podiže sonda (hidrofon) do kraja cevi, uz kontinualno snimanje signala i aplikaciju udarca čekićem, postupak se ponavlja nekoliko puta (minimalno 3 puta), a ukoliko se pokaže potrebnim koriguju se parametri skaliranja i filtriranja, konstruišu se reprezentativni signali u vremenskom domenu i naknadno se sprovodi obrada podataka dobijenih signala.
Na slici 3 dati su opšti šematski prikazi: a) testa integriteta šipa sa senzorom (SIT), b) testa integriteta šipa sa dve ili više sondi (CSL), c) testa termalnog integriteta šipa sa kablovima i termalnim senzorima (TIP), d) gama-gama testa integriteta šipa (GGL), e) testa integriteta šipa paralelnom seizmičkom metodom (PSM).
Slika 3. Opšti šematski prikazi: a) testa integriteta šipa sa senzorom (SIT), b) testa integriteta šipa sa dve sonde ili više sondi (CSL), c) testa termalnog integriteta šipa sa kablovima i termalnim senzorima (TIP), d) gama-gama testa integriteta šipa (GGL), e) testa integriteta šipa paralelnom seizmičkom metodom (PSM)
Link za više informacija:
Ćosić M., Bozić-Tomić K., Šušić N.: Pile Integrity and Load Testing: Methodology and Classification, Building Materials and Structures, Vol. 62, No. 1, 2019, pp. 43-68.