Ispitivanje integriteta šipova testom integriteta šipa sa senzorom (SIT)

Link za više informacija:

Ćosić M., Božić-Tomić K., Šušić N.: Pile Integrity Testing: Testing and Results Analysis, Building Materials and Structures, Vol. 62, No. 3, 2019, pp. 39-59.

Test integriteta šipa sa senzorom (SIT) u praksi se zove i test eha zvuka (SET) ili test eha šipa (PET), a pripada grupi niskodilatacionih testova (LST). Test integriteta šipa sa senzorom (SIT) zasniva se na teoriji jednodimenzionalne propagacije talasa kroz šip, s ciljem utvrđivanja: stvarne dužine šipa, postojanje defekata i diskontinuiteta i redukcije poprečnog preseka šipa. Takođe, analiziraju se: promena signala u domenu glave šipa, kvalitet odziva signala u bazi šipa, promena impedance duž stabla šipa, promena slojeva tla u kojima je šip izgrađen i postojanje proširenja poprečnog preseka duž stabla šipa. Ovaj test, zapravo, jeste indirektna metoda analize integriteta šipa, s obzirom na to što se ispitivanje sprovodi analizirajući propagaciju talasa duž šipa, ali indukcijom talasa sa glave šipa. Test je brz, efikasan, sofisticiran i dovoljno pouzdan za praktičnu primenu. Ovim testom se ispituju integriteti svih tipova armiranobetonskih šipova: bušeni, CFA i pobijeni. Takođe, ispituju se i radni (eksploatacioni) i probni (testni) šipovi. Metodologija ispitivanja integriteta šipa sa senzorom (SIT) definisana je standardom ASTM D5882. Generalno se mogu izdvojiti tri grupe reflektograma: klasični ili standardni reflektogrami koji ukazuju na dobar kvalitet integriteta šipa, reflektogrami koji ukazuju na moguću redukciju integriteta šipa, pa zahtevaju dodatne analize i reflektogrami koji jasno ukazuju na značajniji problem integriteta šipa. Detaljnija klasifikacija reflektograma može se sprovesti prema:

  • AA - ispravan šip sa pozitivnim refleksijama ili kod koga se pre refleksije od baze šipa identifikuju manje promene brzine i odstupanja brzine propagacije talasa ne veće od 5% od prosečne brzine propagacije talasa,
  • AB - refleksija od baze se jasno ne identifikuje, ali i nema značajanijih smanjenja impedance, pri čemu je moguć razlog za nepostojanje refleksije od baze velika krutost tla,
  • PF - postoji jedna ili više negativnih refleksija i/ili postoji bar jedno smanjenje impedance, a s obzirom da je refleksija od baze smanjena, impedanca je manja nego kod defekta kod koga nema refleksije od baze,
  • PD - brzina propagacije talasa odstupa više od 5% od prosečne brzine propagacije talasa, a što ukazuje na moguć defekat šipa, pri čemu postoji jedna ili više refleksija koje maskiraju refleksiju od baze šipa,
  • IR - znatno kompleksan signal (odgovor), a što, između ostalog, ukazuje na loš kvalitet betona pri vrhu šipa i/ili je ispitivanje sprovedeno suviše rano da bi beton dostigao potrebnu čvrstoću.

Pre sprovođenja testa, okrajcuje se beton i glava šipa se očisti od prašine i ostataka odlomljenih delova betona. Na slici 1 su prikazani šipovi (glave šipova) pripremljeni za ispitivanje testom integriteta šipa sa senzorom (SIT): adekvatna priprema, neadekvatna priprema, adekvatna priprema, međutim rezultati SIT na ovako pripremljenim glavama šipa sa hidroizolacijom mogu biti diskutabilni i nastavci glava šipova koji mogu biti problematični u smislu interpretacije signala SIT.

Slika 1. Šipovi (glave šipova) pripremljeni za ispitivanje testom integriteta šipa sa senzorom (SIT): a) adekvatna priprema, b) neadekvatna priprema, c) adekvatna priprema, međutim rezultati SIT na ovako pripremljenim glavama šipa sa hidroizolacijom mogu biti diskutabilni, d) nastavci glava šipova koji mogu biti problematični u smislu interpretacije signala SIT

Na slici 2 prikazani su reflektogrami SIT integriteta šipova dobijeni SIT+ holandskom opremom: regularan šip, šip sa značajnijim redukcijama impedance u određenim presecima, nejasan odziv baze šipa i nakon primene eksponencijalnog filtera, redukcija impedance znatnije pre baze šipa, varijacija signala iz pozitivne u negativnu vrednost - posledica niskog modula elastičnosti glave šipa i značajna redukcija impedance u početnom delu šipa - defekat/diskontinuitet.

Slika 2. Reflektogrami SIT integriteta šipova dobijeni SIT+ holandskom opremom: a) regularan šip, b) šip sa značajnijim redukcijama impedance u određenim presecima, c) nejasan odziv baze šipa i nakon primene eksponencijalnog filtera, d) redukcija impedance znatnije pre baze šipa, e) varijacija signala iz pozitivne u negativnu vrednost - posledica niskog modula elastičnosti glave šipa, f) značajna redukcija impedance u početnom delu šipa - defekat/diskontinuitet

Na slici 3 prikazani su reflektogrami SIT integriteta šipova dobijeni PIT-QFV američkom opremom: regularan šip, šip sa redukcijom impedance u početnom delu, efekat povećanja impedance i krutosti tla i šip izgrađen kraći nego što je projektom predviđeno.

Slika 3. Reflektogrami SIT integriteta šipova dobijeni PIT-QFV američkom opremom: a) regularan šip, b) šip sa redukcijom impedance u početnom delu, c) efekat povećanja impedance i krutosti tla, d) šip izgrađen kraći nego što je projektom predviđeno

Prilikom sprovođenja SIT integriteta šipa, kod određenih reflektograma, mogu se pojaviti značajnije redukcije impedance, što može biti jedan od pokazatelja defekta i/ili diskontinuiteta šipa. Da bi se detaljnije analizirao stepen defekta i/ili diskontinuiteta, sprovodi se dodatna analiza koja se zasniva na talasnoj teoriji i metodi karakteristika. Softver SITWAVE ima mogućnost analize promene impedance duž stabla šipa, tako da se efikasno može dobiti oblik šipa izgrađen u tlu, dok softver PIT-S ima mogućnost analize oblika šipa primenom β metode. S obzirom na veću pouzdanost rešenja koje se dobija primenom SITWAVE softvera, jer je, između ostalog, matematička analiza promene impedance kompleksnija i naučno utemeljenija, ovaj softver se i češće koristi za ovakve situacije. Model interakcije šip-tlo je jednodimenzionalni kontinualni diskretan model, kod koga se tlo modelira kontinualno raspodeljenim oprugama duž šipa i koncentrisanom oprugom u bazi šipa. Konstitutivni model ponašanja tla je linearno-elastičan, a dodatno se modelira i prigušenje tla. Usklađivanje signala (odgovora), dobijenog primenom proračunskog modela i reflektograma in-situ SIT ispitivanja, sprovodi se kroz iteracije, a ovaj postupak je poznat kao kompatibilizacija. Prvo se iteriraju parametri tla, a zatim, nakon postizanja konvergencije rešenja kroz ove iteracije, sprovodi se iteriranje geometrijskih parametara (poprečnog preseka) šipa. Takođe, intervencija se sprovodi i korekcijom modula elastičnosti betona. Na taj način, direktno se utiče na promenu impedance šipa, gde se kroz iteracije utvrđuje njena senzitivnost u domenima defekata i/ili diskontinuiteta. Na osnovu prethodno izložene procedure, primenom softvera SITWAVE, naknadno su analizirani reflektogrami dva šipa (oznake 1 i 2), kod kojih je primenom softvera SIT+ ukazano na mogućnosti postojanja defekata i/ili diskontinuiteta. Na slici 4 prikazani su reflektogrami šipova 1 i 2: reflektogram šipa 1, reflektogram šipa 2, kompatibilizovani signal šipa 1 (finalna iteracija), kompatibilizovani signal šipa 2 (finalna iteracija).

Slika 4. Reflektogrami šipova 1 i 2: a) reflektogram šipa 1, b) reflektogram šipa 2, c) kompatibilizovani signal šipa 1 - finalna iteracija, d) kompatibilizovani signal šipa 2 - finalna iteracija

Na slici 5 prikazani su oblici defektnih šipova dobijeni primenom softvera SITWAVE: oblik šipa 1 dobijen kroz početne iteracije (slika levo) i oblik šipa 1 dobijen u poslednjoj iteraciji (slika desno), oblik šipa 2 dobijen kroz početne iteracije (slika levo) i oblik šipa 2 dobijen u poslednjoj iteraciji (slika desno). Dobijeni oblici, zapravo, funkcija su promene impedance, gde pored promene geometrijskih karakteristika učestvuju i mehaničke karakteristike šipa. To znači da se redukcija poprečnog preseka odnosi na promenu prečnika šipa i/ili na promenu modula elastičnosti betona. Na osnovu ovako sprovedenih analiza, primenom softvera SITWAVE, naknadno su izvedena bušenja i vađenja uzoraka šipova 1 i 2, tako da su ova ispitivanja potvrdila da postoje defekti u zonama koje su prethodno identifikovane kao domeni redukcije impedance šipova.

Slika 5. Oblici defektnih šipova dobijeni primenom softvera SITWAVE: a) oblik šipa 1 dobijen kroz početne iteracije (slika levo) i oblik šipa 1 dobijen u poslednjoj iteraciji (slika desno), b) oblik šipa 2 dobijen kroz početne iteracije (slika levo) i oblik šipa 2 dobijen u poslednjoj iteraciji (slika desno)

Numeričke analize integriteta šipa sa senzorom

Numeričke analize integriteta šipa sprovode se promenom metode konačnih elemenata (FEM), pri čemu se šip i tlo modeliraju 2D površinskim konačnim elementima ili se koriste konačni elementi za rotacono simetrično stanje. Numeričko modeliranje defekata šipa sprovodi se analizom šipa kroz faze oštećenja (SDA). SDA analiza se konstruiše tako da se povezivanjem individualnih analiza generišu i simuliraju uticaji defekata šipa. Ove analize se sukcesivno sprovode korišćenjem matrica krutosti sistema na kraju prethodne analize stanja defekata, kao inicijalne matrice krutosti sistema naredne analize stanja defekata. Na slici 6 prikazani su modeli šipova sa i bez defekata, dok su na slici 7 prikazani reflektogrami numeričkih modela šipova i tla: integralni šip (bez defekata), šip sa redukovanim kvalitetom materijala glave, šip sa proširenjem prečnika na polovini dužine stabla, šip sa diskontinuitetom na polovini dužine stabla (prslina bez zatvaranja), šip u višeslojnoj sredini (sloj ispod baze šipa je boljih geomehaničkih karakteristika) i šip sa randomiziranim diskontinuitetom prečnika duž stabla.

Slika 6. Modeli šipova sa i bez defekata: a) integralni šip (bez defekata), b) šip sa redukovanim kvalitetom materijala glave, c) šip sa proširenjem prečnika na polovini dužine stabla, d) šip sa diskontinuitetom na polovini dužine stabla (prslina bez zatvaranja), e) šip u višeslojnoj sredini (sloj ispod baze šipa je boljih geomehaničkih karakteristika), f) šip sa randomiziranim diskontinuitetom prečnika duž stabla

Slika 7. Reflektogrami numeričkih modela šipova i tla: a) integralni šip (bez defekata), b) šip sa redukovanim kvalitetom materijala glave, c) šip sa proširenjem prečnika na polovini dužine stabla, d) šip sa diskontinuitetom na polovini dužine stabla (prslina bez zatvaranja), e) šip u višeslojnoj sredini (sloj ispod baze šipa je boljih geomehaničkih karakteristika), f) šip sa randomiziranim diskontinuitetom prečnika duž stabla

S obzirom na to što se prilikom sprovođenja testova integriteta šipa sa senzorom (SIT) i numeričkih analiza integriteta šipova (simulacija) dobijaju originalni (nekorigovani) reflektogrami, to se oni dodatno procesiraju s ciljem sprovođenja određenih korekcija i filtriranja. Najčešće se sprovode procedure filtiranja i skaliranja direktno u vremenskom domenu, međutim koriste se i metode filtriranja u frekventnom domenu. Filtriranjem se koriguje reflektogram radi jasnijeg uočavanja eventualnih defekata u šipu eliminacijom manje bitnih i konzervacijom bitnih diskretnih vrednosti pikova brzina reflektograma, dok se skaliranjem povećava intenzitet refleksije signala, prevashodno u bazi šipa radi lakše identifikacije dužine šipa. Najčešće se primenjuje n-tostruki težinski filter kojim se signal direktno filtrira u vremenskom domenu. Na slikama 8 i 9 prikazani su karakteristični primeri reflektograma i 2D spektrograma šipova sa manjim diskontinuitetima i većim defektom u sredini šipa: bez primenjenog filtera i sa primenjenim filterom. Spektrogrami su konstruisani primenom kratkotrajne Fourier-ove transformacije (STFT), tako da se u frekventnom domenu jasno može sagledati promena amplituda u funkciji frekvencija odgovarajućeg signala (reflektograma), eliminacija i konzervacija određenih amplituda.

Slika 8. Reflektogrami i 2D spektrogrami šipa sa manjim diskontinuitetima: a) reflektogram šipa bez primenjenog filtera, b) reflektogram šipa sa primenjenim filterom, c) 2D spektrogram šipa bez primenjenog filtera, d) 2D spektrogram šipa sa primenjenim filterom

Slika 9. Reflektogrami i 2D spektrogrami šipa sa većim defektom u sredini šipa: a) reflektogram šipa bez primenjenog filtera, b) reflektogram šipa sa primenjenim filterom, c) 2D spektrogram šipa bez primenjenog filtera, d) 2D spektrogram šipa sa primenjenim filterom

Link za više informacija:

Ćosić M., Božić-Tomić K., Šušić N.: Pile Integrity Testing: Testing and Results Analysis, Building Materials and Structures, Vol. 62, No. 3, 2019, pp. 39-59.

error: Sadržaj je zaštićen !!!