Ispitivanje nosivosti šipova: metodologija i klasifikacija

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 nosivosti šipova, ovde je prikazana sprovedena klasifikacija na:

  • statički test opterećenja šipa (SLT – Static Load Test),
  • dinamički test opterećenja šipa (DLT – Dynamic Load Test),
  • dinamički test opterećenja šipa pri pobijanju (PDT – Pile Driving Test),
  • hibridnamički test opterećenja šipa (HLT – Hybridnamic Load Test),
  • statnamički test opterećenja šipa (SNLT – Statnamic Load Test),
  • bidirekcioni statički test opterećenja šipa (BDSLT – Bi-Directional Static Load Test),
  • test aksijalnog zatezanja šipa (ATT – Axial Tension Test),
  • test horizontalnog opterećenja šipa (LLT – Lateral Load Test).

Na slici 1 prikazan je dijagram toka opšte klasifikacije tipova testova nosivosti šipova.

Slika 1. Dijagram toka opšte klasifikacije tipova testova nosivosti šipova

Statički test opterećenja šipa (SLT – Static Load Test) pripada grupi najpouzdanijih visokodilatacionih testova (HST – High Strain Test) za utvrđivanje nosivosti šipova, ali, u pogledu pripreme i toka ispitivanja, ovo je najzahtevniji test. Generalno razmatrajući, postoje dve varijante prema kojima se ovaj test može izvoditi: test s kontrateretom i test s reaktivnim šipovima. U prvom slučaju, pre sprovođenja testa, potrebno je dopremiti i geometrijski pravilno složiti kontrateret koji, u zavisnosti od nosivosti šipa, može biti težine od nekoliko stotina do nekoliko hiljada tona. U drugom slučaju, koriste se reaktivni šipovi, koji su u toku ispitivanja opterećeni na zatezanje. Na glavu šipa postavlja se hidraulična presa preko koje se, pod inkrementalnim priraštajem pritiska ulja, istiskuje klip. Usled istiskivanja klipa i suprostavljanja težine kontratereta ili sila reaktivnih šipova, ispitivani šip se utiskuje u tlo. Primenom komparatera, prati se sleganje glave šipa. Takođe, primenom geodetskih uređaja, prati se sleganje šipa preko mernih letvi, tako da se komparacijom i naknadnom korekcijom merenja komparaterima utvrđuju krajnje vrednosti rezultata sleganja. Na osnovu sprovedenog testa, uspostavlja se relacija opterećenje-sleganje putem krive probnog opterećenja, a zatim se određuje nosivost šipa nekom od matematičkih metoda. Statički test opterećenja šipa (SLT) može se sprovoditi primenom dva varijantna rešenja: test s kontrateretom (dejstvo pritiska se realizuje usled odupiranja prese o dejstvo sopstvene težine kontratereta) i test s reaktivnim šipovima (dejstvo pritiska se realizuje usled odupiranja prese o poprečnu čeličnu gredu/traverzu koja je povezana s reaktivnim šipovima). Pod terminom ispitivanje nosivosti šipa, podrazumeva se utvrđivanje intenziteta reaktivnih sila šipa u kumulativnoj formi (po omotaču i bazi). Statičkim testom opterećenja šipa (SLT) utvrđuje se aksijalna vertikalna nosivost šipa (bazom i omotačem) na statičku silu pritiska (vertikalno naniže), a koja se aplicira na glavu šipa, pri čemu postoje dve opcije: da se šip ispituje na opterećenje pritiskom do dostizanja granične nosivosti (probni šip), a koja je prethodno određena u funkciji faktorisane vrednosti zahtevane projektne nosivosti (faktor sigurnosti jeste od 2 do 3) ili da se šip ispituje na opterećenje pritiskom do dostizanja projektne nosivosti (radni šip), a koja je prethodno određena u funkciji faktorisane vrednosti zahtevane projektne nosivosti i čija je uloga samo da dokaže nivo projektne nosivosti šipa i ponašanje šipa pri nivou projektne nosivosti (faktor sigurnosti minimalno 1.1). Statički test opterećenja šipa (SLT) zasniva se na: nelinearnoj teoriji, interakciji konstrukcija-tlo i teoriji i obradi signala. Prema nelinearnoj teoriji, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa i tla nelinearno-plastičan. Prema interakciji konstrukcija-tlo, razmatraju se spregnut problem statičke 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 nosivosti šipa. Potiskivanjem klipa iz cilindra prese, na glavu šipa, aplicira se sila čiji se intenzitet inkrementalno povećava i smanjuje putem: ciklusa samo jednog opterećenja i jednog rasterećenja ili većeg broja ciklusa opterećenja i rasterećenja, koji mogu biti različitih maksimalnih intenziteta. Za probni šip opterećenje aplicira se inkrementalno do maksimalne sile definisane programom ispitivanja, a koja treba da je jednaka 200% vrednosti projektne nosivosti šipa. Za radni šip opterećenje se aplicira inkrementalno do maksimalne sile definisane programom ispitivanja, koja treba da je jednaka faktorisanoj vrednosti projektne nosivosti šipa. Vrednost inkrementa opterećenja treba da je jednaka 25% vrednosti ukupnog opterećenja. Nakon potpunog apliciranja opterećenja, sprovodi se potpuno raterećenje. Naredni ciklus opterećenja može se, takođe, sprovoditi do maksimalne sile definisane programom ispitivanja. Vrednost svakog inkrementa aplicirane sile treba održavati na konstantnoj vrednosti, uz postizanje uslova da sleganje bude manje od 0.25mm za vreme od 1 sata, ali ne duže od 2 sata. Vrednost aplicirane sile koja odgovara projektnoj nosivosti šipa i maksimalnoj sili definisanoj programom ispitivanja treba održavati na konstantnoj vrednosti, uz postizanje uslova da sleganje bude manje od 0.25mm za vreme od 2 sata, ali ne duže od 4 sata. Nakon sprovedenog statičkog testa opterećenja šipa (SLT), obrađuju se podaci merenja i konstruiše finalna kriva opterećenje-sleganje, a zatim se određuje granična nosivost šipa.

Dinamički test opterećenja šipa (DLT – Dynamic Load Test) pripada grupi visokodilatacionih testova (HST) za utvrđivanje nosivosti šipova, pa je, s obzirom na vreme pripreme i toka ispitivanja, ovo dosta brži test u poređenju sa SLT. Postoji nekoliko varijanti ovog testa, ali se ovde razmatraju: test opterećenja šipa pri udaru tega, test opterećenja šipa pri pobijanju i kombinovani testovi opterećenja šipa sa dinamičkim dejstvom. Dinamički test opterećenja šipa (DLT) zasniva se na utvrđivanju statičke nosivosti šipa pri dinamičkom dejstvu. Generalno razmatrajući, postoje dve varijante prema kojima se može ovaj test sprovoditi: test sa sopstvenim sistemom za podizanje tega i test sa pomoćnim sistemom za podizanje tega na određenu visinu. Zajedničko za obe ove varijante jeste to što se teg izlaže slobodnom padu sa određene visine i tako, usled udara tega o glavu šipa, izazove dinamičko dejstvo u šipu. U prvom slučaju, u okviru opreme za dinamičko ispitivanje, postoji sistem kojim se teg podiže na određenu visinu i tu zaustavlja kočnicama s varijantama: sa opremom samo povezanom za glavu šipa i opremom koja se oslanja na okolno tlo (za veće težine tega). U drugom slučaju, koriste se autodizalica, kran ili neko drugo slično vozilo kojim se teg podiže na određenu visinu, zadržava, te se tako dozvoljava njegovo slobodno padanje.

Dinamički test opterećenja šipa pri pobijanju (PDT – Pile Driving Test) zasniva se na analizi nosivosti i monitoringu ponašanja šipa prilikom pobijanja. U odnosu na dinamički test opterećenja šipa (DLT), gde se koristi posebna oprema za ispitivanje nosivosti šipa, ovaj test se zasniva na korišćenju mašina za pobijanje šipova kao spoljašnjeg dinamičkog dejstva. Generalno razmatrajući, postoje dve varijante prema kojima se može ovaj test izvoditi: test s mašinom za pobijanje šipa pod udarcima tega (cikličan proces) i test s mašinom za pobijanje šipa vibracijama (kontinualan proces). Prednost dinamičkog testa pri pobijanju šipa (PDT), u odnosu na dinamički test šipa (DLT), jeste to što se kontinualno, u fazama pobijanja šipa kroz tlo, može pratiti i određivati sila reakcije u bazi i po omotaču. Takođe, mogu se pratiti i drugi efekti, kao što su provera integriteta šipa (npr. velike prsline, oštećenja, lom šipa).

Hibridnamički test opterećenja šipa (HLT – Hybridnamic Load Test) naziva se i brzi test opterećenja šipa (RLT – Rapid Load Test), a u osnovi koristi princip dinamičkog testa opterećenja šipa (DLT), s tim što su eliminisani efekti naknadnih udara spoljašnjeg dejstva. Na taj način, naponsko stanje postaje sličnije naponskom stanju pri statičkom testu opterećenja šipa (SLT). U slučaju ovog testa postoje tri opcije za eliminisanje naknadnih udara: test s hibridnamičkim jastukom, test s hidrauličnim kočionim mehanizmom i test s kombinovanim sistemom (hibridnamički jastuk i hidraulični kočioni mehanizam). Zahvaljujući razvijenom hibridnamičkom jastuku, vreme apliciranja kinetičke energije, od spoljašnjeg dejstva (tega), na glavu šipa je znatnije produženo, nego što je to slučaj kod dinamičkog testa opterećenja šipa (DLT). Hibridnamički jastuk je oblika saća i sastoji se iz čeličnih ploča, ćelija ispunjenih vazduhom i elastomera koji ima svojstvo gume. Ovako konstruisan hibridnamički jastuk sprečava dodatno stvaranje naknadnih udara pri odbijanju tega od glave šipa, budući da ovo stvara dodatan negativan efekat u toku ispitivanja. U drugom slučaju ovaj test se sprovodi tako što se nakon udara spoljašnjeg dejstva (tega) i njegovog odbijanja od glave šipa, on zadržava hidrauličnim kočionim mehanizmom, tako da se ne dozvoljavaju naknadni udari pri odbijanju tega od glave šipa.

Statnamički test opterećenja šipa (SNLT – Statnamic Load Test) u osnovi koristi princip dinamičkog testa opterećenja šipa (DLT), s tim što su eliminisani efekti naknadnih udara spoljašnjeg dejstva, međutim, ovo dejstvo kojim se deluje na glavu šipa realizuje se eksplozivnim dejstvom goriva. Generalno razmatrajući, postoje dve varijante prema kojima se ovaj test može izvoditi: test kod koga se teg eksplozivnim dejstvom podiže vertikalno naviše, a zatim slobodno pada na šljunak (ili sličan materijal), koji se nalazi između glave šipa i tega, kao i test kod koga se teg eksplozivnim dejstvom podiže vertikalno naviše, a zatim hidrauličnim kočionim mehanizmom zaustavlja na određenoj visini, ne dozvoljavajući mu da slobodno padne. Primenom šljunka ili hidrauličnim kočionim mehanizmom, ublažava se efekat dinamičkog dejstva naknadnih udaraca koji bi se ralizovali odbijanjem tega od glave šipa, dok se šip pod dejstvom sile potiska pomera vertikalno naniže. Reaktivna sila koja se aplicira na glavu šipa, usled eksplozivnog dejstva pri podizanju tega vertikalno naviše, veća je nekoliko desetina do stotina puta od sopstvene težine tega. Dinamički testovi opterećenja šipa zasnivaju se na: dinamici kretanja krutog tela, talasnoj teoriji, metodi karakteristika, nelinearnoj teoriji, dinamici konstrukcija, interakciji konstrukcija-tlo i teoriji i obradi signala. Prema dinamici kretanja krutog tela, razmatra se apliciranje spoljašnjeg dejstva udarom idealno krutog tela (tega) 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 u šipu. Prema nelinearnoj teoriji, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa i tla nelinearno-plastičan. Prema dinamici konstrukcija, razmatraju se oscilacije šipa u interakciji s tlom u vremenskom domenu. Prema interakciji konstrukcija – tlo, razmatraju 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, procesiranje i kompatibilizacija (signal matching) signala, s ciljem dobijanja odgovarajućih konačnih rezultata primenljivih u građevinskoj inženjerskoj praksi, pomoću kojih se donose odluke o nosivosti šipa. Dinamički testovi opterećenja šipa sprovode 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, ukoliko se test sprovodi s tegom, teg se podiže na odgovarajuću visinu, a ukoliko se sprovodi pobijanjem ili vibracijama, kontinualno se prati stanje sile reakcije. Ukoliko se test sprovodi s eksplozivom, preduzimaju se sve prethodne mere bezbednosti i instalacije punjenja eksploziva, postupak se ponavlja nekoliko puta (maksimalno 10 puta ukupno i maksimalno 2 puta za jednu istu visinu). Za sve DLT testove analiziraju se: količina unete kinetičke energije, nivo napona zatezanja, nivo napona pritiska, apsolutne maksimalne vrednosti akceleracija, maksimalne vrednosti elasto-plastičnih deformacija, pojava negativnih vrednosti u dolazećem signalu sile u šipu i slično. Ako se pokaže potrebnim koriguju se parametri koji su korišćeni pri inicijalnom setovanju, radi dobijanja što tačnijih rezultata ispitivanja, konstruiše se reprezentativni dijagram sila dobijenih proračunom akceleracija i dilatacija i naknadno se sprovodi obrada podataka dobijenih ispitivanja u cilju utvrđivanja nosivosti šipa. Proračun nosivosti šipa sprovodi se primenom indirektnih metoda, koje se zasnivaju na iterativnoj kompatibilizaciji numeričkog nelinearnog histerezisnog modela interakcije šip-tlo prema in-situ merenom signalu dinamičkog testa, tako što se eliminiše dinamička komponenta nosivosti šipa, a zadržava statička komponenta nosivosti šipa.

Bidirekcioni statički test opterećenja šipa (BDSLT – Bi-Directional Static Load Test) jeste test novije generacije, koji ne zahteva angažovanje kontratereta ili reaktivnih šipova, a pripada grupi visokodilatacionih testova (HST). Specifičnost ovog testa jeste to što se glavni deo opreme za ispitivanje testa (Osterberg-ova ćelija) ugrađuje u telo bušenih šipova, pa se ovakvi šipovi ne mogu dalje koristiti u eksploataciji kao primarni noseći elementi dubokog fundiranja. Bidirekcioni statički test opterećenja šipa (BDSLT) zasniva se na: nelinearnoj teoriji, interakciji konstrukcija-tlo i teoriji i obradi signala. Prema nelinearnoj teoriji, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa i tla nelinearno-plastičan. Prema interakciji konstrukcija-tlo, razmatraju se spregnut problem statičke 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 nosivosti šipa. Postupak pripreme i sprovođenja testa odvija se u nekoliko koraka: za formirani armaturni koš zavaruju se dve kružne čelične ploče, između kojih se postavlja/ju Osterberg-ova/e ćelija/e do kojih se dovode creva za hidrauliku i ekstenziometri, ugrađuje se armaturni koš i izliva betonska mešavina, nakon očvršćavanja betona pristupa se sprovođenju testa, pod dejstvom hidrauličnog pritiska dolazi do loma u betonu na mestu gde su postavljene Osterberg-ove ćelije, šip se potiskuje vertikalno naviše, a zatim naniže, dok se primenom instrumenata prate pritisak u Osterberg-ovoj ćeliji i deformacije (sleganje/izdizanje) šipa. Potiskivanjem klipa iz cilindra prese (Osterberg-ove ćelije), aplicira se sila po poprečnom preseku u nivou baze (nešto iznad baze), čiji se intenzitet inkrementalno povećava i smanjuje putem: ciklusa samo jednog opterećenja i jednog rasterećenja ili većeg broja ciklusa opterećenja i rasterećenja, koji mogu biti različitih maksimalnih intenziteta.

Test aksijalnog zatezanja šipa (ATT – Axial Tension Test) pripada grupi visokodilatacionih testova (HST) za utvrđivanje nosivosti šipova, koji se sprovodi primenom reaktivnih šipova izloženih dejstvu aksijalnog pritiska, dok je šip koji se ispituje, izložen dejstvu aksijalne sile zatezanja. Test aksijalnog zatezanja šipa (ATT) može se sprovoditi primenom dva varijantna rešenja: test s presom postavljenom na glavnu čeličnu gredu/traverzu iznad šipa koji se ispituje (dejstvom sile pritiska, vertikalno naviše, podižu se poprečne čelične gredice, pri čemu se ispitni šip izlaže sili zatezanja preko ankera ugrađenih u njemu, a povezanih s poprečnim čeličnim gredicama), kao i test s presama postavljenim na glave reaktivnih šipova ispod glavne čelične grede/traverze (dejstvom sile pritiska, vertikalno naviše, podiže se glavna čelična greda/traverza, pri čemu se ispitni šip izlaže sili zatezanja preko ankera ugrađenih u njemu, a povezanih s poprečnim čeličnim gredicama koje su oslonjene na glavnu čeličnu gredu/traverzu). Potiskivanjem klipa iz cilindra prese, podižu se anker nosači i aksijalno zateže šip koji se ispituje, pri čemu se intenzitet sile inkrementalno povećava i smanjuje putem: ciklusa samo jednog opterećenja i jednog rasterećenja ili većeg broja ciklusa opterećenja i rasterećenja, koji mogu biti različitih maksimalnih intenziteta. Test aksijalnog zatezanja šipa (ATT) zasniva se na: nelinearnoj teoriji, interakciji konstrukcija-tlo i teoriji i obradi signala. Prema nelinearnoj teoriji, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa i tla nelinearno-plastičan. Prema interakciji konstrukcija-tlo, razmatraju se spregnut problem statičke 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 nosivosti šipa.

Test horizontalnog opterećenja šipa (LLT – Lateral Load Test) pripada grupi visokodilatacionih testova (HST) za utvrđivanje nosivosti šipova, koji se, u najvećem broju slučajeva, sprovodi primenom kontratereta koji predstavlja oslonac za horizontalno dejstvo na šip koji se ispituje ili primenom reaktivnih šipova, koji preuzimaju ulogu oslonca za horizontalno dejstvo. Ovim testom, između ostalog, mogu se utvrditi vrednosti: koeficijenta horizontalne rekacije tla, napona pritiska i zatezanja (od savijanja) u šipu i horizontalnog pomeranja glave šipa. Test horizontalnog opterećenja šipa (LLT) može se sprovoditi primenom dva varijantna rešenja: test s kontrateretom (dejstvo horizontalnog opterećenja realizuje se usled horizontalnog odupiranja prese o dejstvo sopstvene težine kontratereta) i test s reaktivnim šipovima (dejstvo horizontalnog opterećenja realizuje se usled horizontalnog odupiranja prese o reaktivne šipove). Test horizontalnog opterećenja šipa (LLT) zasniva se na: nelinearnoj teoriji, interakciji konstrukcija-tlo i teoriji i obradi signala. Prema nelinearnoj teoriji, uzima se u obzir to što je konstitutivni model ponašanja šipa i tla nelinearno-plastičan. Prema interakciji konstrukcija-tlo, razmatraju se spregnut problem statičke 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 nosivosti šipa. Potiskivanjem klipa iz cilindra prese, na bočnu stranu glave šipa, aplicira se sila čiji se intenzitet inkrementalno povećava i smanjuje putem: ciklusa samo jednog opterećenja i jednog rasterećenja ili većeg broja ciklusa opterećenja i rasterećenja, koji mogu biti različitih maksimalnih intenziteta. Za probni šip opterećenje se aplicira inkrementalno do maksimalne sile definisane programom ispitivanja, koja treba da je jednaka 200% vrednosti projektne horizontalne nosivosti šipa. Za radni šip opterećenje se aplicira inkrementalno do maksimalne sile definisane programom ispitivanja, koja treba da je jednaka faktorisanoj vrednosti projektne horizontalne nosivosti šipa. Ukoliko se razmatra konstruktivna granična nosivost, tada se ona određuje iz uslova granične nosivosti šipa na uticaje momenta savijanja. Ukoliko se razmatra geotehnička granična nosivost, tada se ona određuje iz uslova granične horizontalne otpornosti tla. Vrednost inkrementa opterećenja treba da je jednaka 25% vrednosti ukupnog opterećenja.

Na slici 2 dati su opšti šematski prikazi: a) statičkog testa opterećenja šipa (SLT) s kontrateretom, b) dinamičkog testa opterećenja šipa (DLT), c) bidirekcionog statičkog testa opterećenja šipa (BDSLT), d) testa aksijalnog zatezanja šipa (ATT) s presom postavljenom na glavnu čeličnu gredu/traverzu iznad šipa koji se ispituje, e) testa horizontalnog opterećenja šipa (LLT) s reaktivnim šipovima.

Slika 2. Opšti šematski prikazi: a) statičkog testa opterećenja šipa (SLT) sa kontrateretom, b) dinamičkog testa opterećenja šipa (DLT), c) bidirekcionog statičkog testa opterećenja šipa (BDSLT), d) testa aksijalnog zatezanja šipa (ATT) sa presom postavljenom na glavnu čeličnu gredu/traverzu iznad šipa koji se ispituje, e) testa horizontalnog opterećenja šipa (LLT) sa reaktivnim šipovima

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.

error: Sadržaj je zaštićen !!!