Komparativna analiza testa statičkog opterećenja (SLT) šipa i testa dinamičkog opterećenja (DLT) šipa

Test statičkog opterećenja (SLT – Static Load Test) šipa i test dinamičkog opterećenja (DLT – Dynamic Load Test) šipa sporovode se u cilju određivanja aksijalne nosivosti šipa, prilikom sleganja i podužne deformacije šipa u tlu. SLT test, u odnosu na sve ostale testove ispitivanja nosivosti šipova, predstavlja etalonski test, s obzirom da najbolje opsuje ponašanje šipova u uslovima eksploatacije pri dugotrajnom opterećenju. Međutim, pri izuzetnim opterećenjima, kao što je seizmičko dejstvo, podaci dobijeni ispitivanjem nosivosti šipa SLT testom su diskutabilnog karaktera. U najvećem broju slučajeva, u analizi konstrukcija, seizmička kombinacija opterećenja je merodavna kombinacija opterećenja. Pod seizmičkom kombinacijom se podrazumeva superpozicija nekoliko različitih dejstava od kojih je jedno seizmičko dejstvo. Proračunski model seizmičkog dejstva, u analizi konstrukcija, zasniva se na apliciranju lateralnih (seizmičkih) sila alternativnog karaktera (minimalno dve seizmičke kombinacije), pri čemu se preko određenog koeficijenta uzima u obzir i dinamički efekat. Faktički, dinamičko seizmičko dejstvo se uvodi preko sila sa odgovarajućim faktorima skaliranja. Međutim, realni matematički model seizmičkog dejstva je dosta složeniji i ne dozvoljava uvođenje dinamičkog efekta multipliciranjem seizmičkih statičkih sila jednim koeficijentom. Sa druge strane, efekat pomeranja pri statičkom i dinamičkom dejstvu se dosta razikuje. Dakle, dva faktora su od krucijalnog značaja pri razmatranju prednosti i nedostataka modeliranja statičkog i dinamičkog dejstva, odnosno u analizi ispitivanja nosivosti šipa SLT i DLT testom, a to su pomeranje (sleganje) i sile.

Efekat pomeranja, koje se analizira SLT testom, može da obuhvati inkrementalnu deformaciju koja odgovara inkrementalnom priraštaju opterećenja, ali i efekat vremenski zavisnih pomeranja, što je karakteristično za inicijalna i konsolidaciona sleganja pri interakciji šip-tlo. Inkrementalna i vremenski zavisna pomeranja karakteristična su za postepeno nanošenje opterećenja i za opterećenje dugotrajnog intenziteta. U tom smislu drastične varijacije intenziteta opterećenja su “manje bitne” u odnosu na istoriju (vreme) apliciranja optrećenja. Pomeranja (sleganja) šipa koja se utvrde SLT testom su dominantna u nivou glave šipa, dok su u samoj bazi znatno manjeg intenziteta. U svakom slučaju, ova pomeranja mogu biti elastična i plastična, pri čemu se nakon rasterećenja šipa identifikuju rezidualna sleganja, a koja su posledica plastifikacije pri interakciji šip-tlo. Apliciranje opterećenja po glavi šipa i pojava sile u šipu, pri SLT testu, takođe je inkrementalnog karaktera, pri čemu se, sa druge strane, uzima i vremenski zavisan tok opterećenja i raspodela sila u šipu. Ovakvo modeliranje ponašanja šipa, pri SLT testu, odgovara dejstvu stalnog i korisnog opterećenja koje se uzima u proračunskim kombinacijama.

Efekat pomeranja koji se analizira DLT testom može obuhvatiti deformaciju koja je više impulsnog karaktera, ali koja, takođe, razmatra se u vremenskom domenu, s tim što se vreme trajanja ovog vremenskog domena meri desetinama milisekundi ili eventualno dve-tri-četiri stotine milisekundi. U tom smislu promena deformacija u šipu je znatno brža kod DLT testa, u odnosu na SLT test. Generalno razmatrajući, pomeranja i deformacije, kod DLT testa, jesu elastične i plastične, a koje su, zapravo, efekti promena dilatacija u šipu, pomeranja usled dejstva inercijalnih sila i spoljašnje pobude (opterećenja tega koji se pušta da slobodno padne sa određene visine). Pomeranja usled dejstva inercijalnih sila i spoljašnje pobude tega se određuju dvostrukom numeričkom integracijom ubrzanja propagacije talasa u šipu, od glave šipa do baze i ponovno nazad, pri čemu se konstantno, u realnom vremenu, sprovodi merenje akceleracija senzorom. U opštem slučaju očekuje se razvoj najvećih pomeranja na nivou glave šipa, međutim i pomeranje baze šipa može biti znatnijeg intenziteta. S obzirom da usled dejstva spoljašnje pobude talasi propagiraju od glave šipa do baze šipa i ponovo nazad do glave šipa, to se za tlo u nivou baze, u uslovima lošijih fizičko-mehaničkih karakteristika, mogu pojaviti dosta veća pomeranja, nego što bi ti bio slučaj kod SLT testa. Ovo je posledica prenošenja kinetičke energije kroz telo šipa od glave do baze. Takođe, u slučaju da je tlo u nivou baze boljih fizičko-mehaničkih karakteristika, pri dinamičkom dejstvu može nastupiti odbijanje šipa od tla u novou baze, tako da se šip pomeri vertikalno naviše. Ovo se iskustveno i pokazalo prilikom in-situ DLT ispitivanja šipova. Pomeranje šipa, prilikom sprovođenja SLT testa, gotovo je uvek vertikalno naniže, uz razvoj elastičnih i plastičnih deformacija. Dakle, kod DLT testa karakter i efekat pomeranja je znatno kompleksniji, u odnosu na pomeranje dobijeno primenom SLT testa. Prilikom slobodnog pada tega sa određene visine, kod DLT testa, pored statičke komponente sile koja se javlja u šipu, pojavljuje se i dinamička komponenta sile. Naknadnom obradom dobijenih signala sprovodi se isključenje dinamičke komponenete sile i određuje se samo statička komponenta sile. Međutim, kod DLT testa efekat dinamičkog dejstva prilikom ispitivanja se realizuje i neizbežan je. U tom smislu efekat sila koje se generišu kod DLT testa više odgovara seizmičkom i incidentnom dejstvu. Seizmičko dejstvo se najbolje može opisati analizom samog dejstva u vremenskom domenu, a što odgovara primeni numeričkih nelinearnih dinamičkih analiza. I ako se efekat dejstva zemljotresa ispoljava do nekoliko desetina sekundi, najčešće je to od dvadeset do šezdeset sekundi, a veoma retko do dve minute, pomeranje i sile koje se dobijaju prilikom DLT testa su znatno realnije, nego što se te vrednosti dobijaju SLT testom. Ukoliko se detaljnije razmotri struktura akcelerograma zemljotresa, onda se mogu identifikovati tri bitno različite zone: inicijalna, zona jakog kretanja tla i zona postepenog umirenja. Za inicijalnu zonu je karakterističan dolazak longitudinalnih talasa kod kojih čestice osciluju u pravci propagacije talasa, dok zonu jakog kretanja tla karakteriše dolazak transverzalnih talasa kod kojih čestiće osciluju upravno na prvac propagacije talasa. Vreme trajanja ove druge zone je od nekoliko sekundi do nekoliko desetina sekundi, pri čemu se u razmatranje uzima minimalno deset sekundi. Međutim, s obzirom da je promena akceleracija, pri seizmičkom dejstvu, alternativnog karaktera, to se u okviru vremena ukupnog trajanja zemljotresa nekoliko puta promeni smer akceleracija, pa shodno tome promeni se i smer pomeranja. Kada se razmatra ponašanje šipa u interakciji sa objektom, tada usled alternativnog dejstva zemljotresa šip postaje opterećen vertikalnom silom naniže-naviše. Ova promena smera dejstva sile je veoma brza, a shodno tome je i promena pomeranja veoma brza i najčešće se odvija značajniji razvoj nelinearnih deformacija u interakciji šip-tlo. S obzirom da, kao što je već rečeno, vreme trajanja vremenskog domena DLT testa jete jednako desetinu ili eventualno dve-tri-četiri stotine milisekundi, a vreme zapisa akceleracija, pri dejstvu zemljotresa, od dvadeset do šezdeset sekundi, to ipak karakter pomeranja i opterećenja koji se realizuje DLT testom znatno bolje opisuje ponašanje šipa u uslovima dejstva zemljotresa, u odnosu na karakter pomeranja i opterećenja koji se realizuje SLT testom. Proračun objekata na seizmičko dejstvo je obavezujući prema propisima, a i u najvećem broju slučajeva, kao što je već spomenuto, seizmička kombinacija predstavlja merodavnu kombinaciju za dimenzionisanje konstrukcija objekata i fundamenata. Kada se detaljnije razmotre vrednosti predominantnog perioda vibracija jednog akcelerograma (zemljotresa), ali i svi preostali periodi, može se uočiti da su njegove vrednosti i manje od jedne sekunde, a što ukazuje na još bolje poklapanje sa efektima dinamičkog dejstva iz DLT testa.

Rezime:

  • Primenom testa statičkog opterećenja (SLT) šipa može se odrediti sleganje i nosivost šipa za inkrementalni priraštaj opterećenja i vremenski zavisne deformacije tla, a što odgovara stalnom i korisnom tipu opterećenja.
  • Nedostatci SLT testa su u nemogućnosti analize dinamičkih efekata koji se realno pojavljuju pri seizmičkoj kombinaciji opterećenja, jer je nemoguće odrediti alternativni tok promene sile i pomeranja ovakvim testom, i ne mogu se obuhvatiti inercijalni efekti i efekti prinudnog opterećenja praćeno dinamičkim stohastičkim dejstvom u veoma kratkom intervalu vremena.
  • Primenom dinamičkog testa opterećenja (DLT) šipa može se odrediti sleganje, (vertikalna naniže-naviše) pomeranja i nosivost šipa za znatno brži efekat prenošenja sile, kao što je seizmičko dejstvo, međutim primenom DLT testa se ekstrakcijom dinamičke komponenete sile određuje i statička sila, ali se ne može obuhvatiti efekat vremenski zavisnih deformacija sleganja tla.
  • Nedostatci DLT testa su u nemogućnosti analize vremenski zavisnih efekata sleganja tla i povećano ukupno pomeranje koje je posledica dinamičkih efekata. Takođe, procena statičkog pomeranja je otežana, a usled propagacije talasa vertikalno naniže-naviše mogu se pojaviti situacije da se u ukupnoj statičkoj nosivosti šipa obuhvate i efekti nosivosti naniže (opterećenje) i/ili efekti nosivosti naviše (čupanje).

error: Sadržaj je zaštićen !!!