Transcript

PROIECT METODE EXPERIMENTALE

INCRCRI PE PILOI DE INSTRUMENTAI

STUDENT: ing. ALEXANDRU POENARUPROFESOR COORDONATOR: conf. univ. dr. ing. Horatiu POPA

CUPRINS1.Introducere32.TIPURI DE NCERCRI42.1.NCERCAREA AXIAL LA COMPRESIUNE42.2.NCERCAREA AXIAL LA SMULGERE42.3.NCERCAREA LA FORE ORIZONTALE42.4.NCERCAREA DIMANIC42.5.TESTE DE INTEGRITATE53.INSTRUMENTAREA PILOILOR DE PROB54.STUDIU DE CAZ NCERCAREA PILOILOR DE PROB NIVEL N254.1.INTRODUCERE64.2.TERENUL DE FUNDARE64.3.EXECUIA PILOILOR DIN GRUPUL DE PROB64.4.PREZENTAREA METODEI DE NCERCARE74.5.PREZENTAREA I INTERPRETAREA REZULTATELOR74.6.INTERPRETAREA REZULTATELOR94.7.CAPACITATEA PORTANT114.7.1.Conform STAS 2561/3-90 i NP045-2000114.7.2.Conform SR EN 1997-1/2006115.CONCLUZII11

1. INTRODUCEREConform SR EN 1997-1:2004, noiunea de pilot poate fi definit ca Element structural zvelt aflat n pmnt, folosit pentru transmiterea ncrcrilor.Cele mai importante categorii de piloi sunt: piloi forai, piloi introdui prin batere sau vibrare, piloi purtatri pe vrf sau flotani, piloi forai cu nec continuu (CFA). ncercrile pe piloi instrumentai au ca scop determinarea n situu a parametrilor de continuitate, deformabilitate i a capacitii portante.ncercrile pe piloi se realizeaz conform unui proiect i sunt conduse i supravegheate de personal tehnic calificat i experimentat n domeniu. Raportul de ncercare va fi ntocmit de un inginer avnd pregtirea necesar interpretrii rezultatelor obinute.n funcie de scopul urmrit i de exigenele impuse prin programul de ncercare i de echipare a piloilor, se stabilesc patru niveluri de calitate pentru ncercrile n teren ale piloilor i anume: Nivelul N1: ncercri pentru cercetarea tiinific; Nivelul N2: ncercri efectuate n apropierea amplasamentului construciei proiectate, pentru verificarea tehnologiei de execuie a piloilor n condiiile de teren date i pentru determinarea capacitii portante i a dependenei ncrcare-deplasare, n vederea proiectrii fundaiilor pe piloi; Nivelul N3: ncercri de control pe piloi din fundaie, pentru confirmarea capacitii portante preliminare n proiect; Nivelul N4: ncercri pentru recepia piloilor cu posibile defecte de execuie.2. TIPURI DE NCERCRIn continure vor fi prezentate succint metode de ncercare a piloilor de prob.2.1. NCERCAREA AXIAL LA COMPRESIUNEAceast metod presupune ncercarea piloilor la compresiune axial ce poate fi aplicat fie printr-un sistem format din grinzi piloi de ancoraj i prese hidraulice fie prin montarea unui lest.Msurarea deplasrilor verticale (tasrilor) pilotului sub ncrcare se face la partea superioar a acestuia, ntr-un plan orizontal, cu ajutorul a cel puin 3 aparate dispuse necolinear n jurul pilotului.

2.2. NCERCAREA AXIAL LA SMULGEREAplicarea forei de smulgere se face de regul prin acelai sistem de prese hidraulice, grinzi de reaciune i piloi de ancoraj, grinzile fiind solidarizate de armtura pilotului.2.3. NCERCAREA LA FORE ORIZONTALEncercarea la fore orizontale presupune ncrcarea pilotului cu ajutorul unor prese hidraulice cu fore orizontale avnd ca suport 1 sau 2 piloi de ancoraj. Fora se aplic prin montarea n poziie orizontal a presei hidraulice la un nivel cat mai apropiat de cota terenului. Deplasrile orizontale ale pilotului se msoar n planul orizontal al forei (deplasarea 1) i la o cot superioar acesteia cu 0,80...l,00 m (deplasarea 2).2.4. NCERCAREA DIMANICncercarea pe cale dinamic a piloilor de prob (baterea de prob) se efectueaz pe piloi prefabricai, introdui la cota final din proiect, dup trecerea unei perioade de timp de la terminarea nfigerii cel puin egal cu timpul de odihn:- 5 zile, pentru pmnturile necoezive;- 2 .... 4 sptmni, pentru pmnturile coezivePe pilotul de prob se aplic, fr ntreruperi, 10 lovituri cu aceeai nlime de cdere a berbecului i se msoar ptrunderea total remanent n teren a pilotului.Scopul testului este de a determina capacitatea portanta ultima a pilotilor.2.5. TESTE DE INTEGRITATEScopul acestui test este sa se detecteze discontinuitatile geometrice si materiale ale pilotului. Procedura este de aseamenea numita incercare dinamica de mica tensiune, deoarece un impact relativ mic induce unde de soc slabe, comparativ cu incercarile dinamice. Un ciocan de mana special este utilizat pentru a induce un impuls al undei de oc pe capul pilotului. Undele de oc transmise i reflectate sunt msurate cu ajutorul unui accelerometru montat pe capul pilotului.3. INSTRUMENTAREA PILOILOR DE PROBDeoarece prin ncercrile de tip static convenionale de tip ncrcare-tasare msurate la capul pilotului se poate stabili capacitatea portant a unui pilot, aceast ncercare nu poate oferi o informaie cantitativ asupra mecanismului de transfer al ncrcrii (distribuia rezistenei pe vrf i pe suprafaa lateral). ns, aceasta informaie este util pentru o proiectare sigur i economic n acelai timp. Astfel din ce n ce mai des testele convenionale pot include instrumentare pentru a obine informaia dorit. n mod normal instrumentarea const n mrci tensometrice, plasate la adncimi selectate, pentru a determina eforturi pentru fiecare nivel de ncrcare aplicat pe capul pilotului.n instrumentarea unui pilot trebuiesc respectate urmtoarele. Mrcile tensometrice sau/i mecanice trebuie amplasate pe locaia corect n seciunea pilotului, pentru a elimina influena momentului ncovoietor. Dac mrcile tensometrice sunt amplasate ntr-un pilot de beton armat, trebuie asigurat supravieuirea acestora n timpul turnrii. Pentru asigurarea acestui lucru este necesar colaborarea ntre proiectant i executant i o echip cu experien n astfel de lucrri.4. STUDIU DE CAZ NCERCAREA PILOILOR DE PROB NIVELUL N24.1. INTRODUCEREConstrucia este prevzut s fie fundat pe piloi cu diametrul de 120 cm cu baza la cota 55.00, cu fia de 22.60 i o capacitate portant (calculat) la compresiune de 7500 kN.Avnd n vedere prevederile Normativului NP045 2000 unde la punctul 2.2 se specific n cazul piloilor de dizlocuire cu diametrul mare avnd capacitate portant ridicat se admite realizarea ncercrilor axiale pe piloi model executai cu aceeai tehnologie avnd aceeai lungime dar cu diametrul cel puin egal cu jumtate din valoarea diametrului piloilor instrumentai pentru msurarea separat a eforturilor transmise pe baza i pe suprafaa lateral a pilotului pentru nivelul de calitate N2.Prezentul studiu de caz face referire la un pilot de prob executat i ncercat respectnd exigenele Normativului NP 045 2000.4.2. TERENUL DE FUNDAREStratificaia terenului din zona amplasamentului piloilor de prob, stabilit pe baza forajelor i a ncercrilor n situ de tip CPTU efectuate de la cota platformei de lucru, respectiv -5,85.- 5,85 m 16,50 m nisipuri medii-mari cu pietri ndesate (qc=18-30 MPa);- 16,50 m 20,65 m argile i argile nisipoase n stare vrtoas (qc = 23MPa);- 20,65 m 50,00 m nisip de Motitea alctuit la partea superioar (pn la adncimea de 26,50 m) din nisipuri argiloase i/sau nisipuri prfoase ndesate (qc = 16-24 MPa) cu intercalaii lenticulare de argile nisipoase n stare consistent (qc = 2 MPa) urmat pn la 36,00 m de nisipuri prfoase ndesate (qc = 35 MPa) n care a fost oprit sondajul de penetrare i apoi pn la 45,50 m de alternane de argile argile nisipoase i prafuri argiloase-nisipoase n stare plastic consistent vrtoas, dup care, pn la 50 m se dezvolt nisipuri prfoase ndesate (NSPT > 50 lovituri).Apa subteran a fost ntlnit la -7,60 m.n urma stratificaiei amintite rezult capaciti portante de ordinul a 3427 4589 kN pentru piloii cu diametrul de 900 mm i de ordinul a 5068 8381 kN pentru piloii cu diametrul de 1200 mm, capaciti ce urmeaz a fi confirmate/ infirmate prin ncercarea de prob.4.3. EXECUIA PILOILOR DIN GRUPUL DE PROBPiloii au fost executai n perioada 18.12 22.12 conform caietelor de sarcini emise de proiectat i a procedurilor de execuie aprobate de acesta.Pilotul de prob cu diametrul de 900 mm i fia de 26 m a fost executat n data de 20.12.Piloii au fost armai cu 1225 BST500 pentru pilotul de prob i 16 25 B500B pentru piloii de ancoraj. Betonul folosit a fost de clas C30/37.4.4. PREZENTAREA METODEI DE NCERCAREncercarea s-a aplicat n trepte de 500 1000 kN cu ajutorul a 3 prese hidraulice de 300 tone fiecare, msurtorile de tasare ale pilotului fcndu-se cu microcomparatoare raportate la cadru fix de referin.Concomitent cu tasarea capului pilotului s-au nregistrat i deformaiile corpului pilotului la diverse adncimi.4.5. PREZENTAREA I INTERPRETAREA REZULTATELORRezultatele msurtorilor de tasare ale capului pilotului sub ncrcare sunt prezentate n graficul de ncrcare tasare, respectiv: Curba ncrcare-tasare; Curba tasare-timp; Curba ncrcare-timp.Din analiza diagramelor, rezult c pe intervalul de ncrcare 0-4000kN, tasrile s-au stabilizat n 1-2 ore. Pe intervalul de ncrcri 0-4000 kN tasrile cresc proporional cu mrimea ncrcrii aplicate ajungnd la 8,20 mm. n continuare pe intervalul de ncrcri 4000-5500 kN tasrile ncep s creasc moderat ajungnd la 8,20 mm ca n continuare s creasc accentuat odat cu creterea ncrcrii ajungnd la 50 mm sub treapta de 6800 kN i la 68,20 mm sub ncrcarea maxim de 7200 kN aplicat, ncrcare care nu a putut fi stabilizat.Rezultatele msurtorile efectuate pe reperii mecanici de transfer n adncime, innd cont i de tasarea capului pilotului sub fiecare din treptele de ncrcare aplicate, rezult deformaiile n lungul corpului pilotului n funcie de care s-a analizat procesul de transmitere prin frecare a ncrcrii axiale de la pilot la terenul nconjurtor, precizndu-se: Deformaiile n lungul corpului pilotului. Pentru o anumit treapt de ncrcare deformaia si a corpului pilotului la adncimea zi la care este cobort un reper mecanic i, se determin cu relaia:

unde,s0 tasarea capului pilotului sub aceeai trapt de ncrcare;ci citirea pe microcomparatorul ataat reperului i la aceeai terapt de ncrcare.Deformaiile si nregistrate la diferite adncimi pentru una i aceeai treapt de ncrcare, se reperzint la o scar convenabil, raportndu-se fa de axul vertical al pilotului. Se construite curba de variaie cu adncimea a deformaiilor de compresiune n lungul pilotului. Deformaiile specifice n lungul corpului pilotuluiDeformaia specific la cota zi se calculeaz cu relaia de mai jos, iar valorile i astfel calculate servesc la construirea curbei de variaie cu adncimea a deformaiei specifice.

unde,si definit mai sus;si+1 deformaia corpului pilotului la adncimea zi+1;zi+1-zi = distana dintre reperii cobori la adncimile zi i zi+1. Efortul axial n lungul corpului pilotuluiEfortul axial i la adncimea zi se calculeaz cu expresia de mai jos:i =Exi ncrcarea axial n lungul corpului pilotuluincrcarea axial Pi la adncimea zi, se calculeaz cu expresia de mai jos, iar cu valoarile astfel calculate se reprezint curba de variaie cu adncimea a efortului axial P:Ft = E x Ab x iunde,E modulul de elasticitate al materialului care alctuiete pilotul;Ab aria seciunii transversale a baretei;i deformaia specific la cota zi. Modulul de elasticitate al materialului ce alctuiete pilotulPrimul reper s-a instalat la o adncime de 1.85 m pn la care s-a practicat un slit astfel ca pe aceast zon sa nu existe frecare intre pilot i teren, permind determinarea modului de elasticitate al betonului cu ecuaia:

unde, P0 ncrcarea axial aplicat pe capul pilotului;Z1 adncimea primului reper;S0 tasarea capului pilotului;S1 deformaia pilotului la adncimea z1 (-1.85).ntruct valorile modului de deformaie al piloilor astfel determinat au variat cu marimea ncrcrii aplicate, n calcul s-a considerat valoarea obinut pentru valoarea de 7100 kN. Efortul tangenia mobilizat pe suprafaa lateralEfortul tangenial i mobilizat pe suprafaa lateral a pilotului la adncimea zi se calculeaza cu expresia de mai jos, iar pe baza valorilor astfel determinate se reprezint graficul de variaie cu adncimea a efortului tangenial mobilizat pe suprafaa lateral.

unde,Pi,Pi+1 eforturile axiale la adncimile zi, respectiv zi+1;L distana dintre reperii cobori la adncimile zi i zi+1;U perimetrul pilotului. Determinarea curbelor de transfer al ncrcriintr-un sistem de coordonate (s,) se reprezint valorile deformaiilor pilotului la o adncime dat zi, pentru diferitele valori ale ncrcrii P0 aplicat pe capul pilotului. Se obine astfel o curb care arat mrimea deformaiei necesar a fi atins la adncimea zi pentru a se mobiliza efortul tangenial pe suprafaa lateral a pilotului, denumit curb de trasfer. Determinarea diagramelor de variaie a ncrcrii axiale cu tasareaSe calculeaz efortul P la baza pilotului, rezultnc valorile Pv corespunztoare diferitelor trepte de ncrcare P0. Scznd Pv din P0 se obine Pi, ncrcarea preluat prin frecare pe suprafaa lateral. n sistemul de coordonate (s,P) se construiesc curbele s-P0, s-Pv i s-P1.4.6. INTERPRETAREA REZULTATELORMsurtorile de tasare a capului pilotului i a deplasrii n raport cu acesta, a reperilor mecanici de trasfer amplasai la adncimile de 1.85 m, pentru reper 1, la 8.35 m, reper R2, la 12,35 m, reper R3, la 18,85 m, repre R4, la 20,85 m, reper R5 i la 22,85 m, reper R6, sub fiecare din ncrcrile aplicate sunt date n tabelul 1.Cota8.151016.520.5272931

Adancime01.858.3512.3518.8520.8522.85

Q [kN]S0 [mm]R1R2R3R4R5R6

0 kN0000000

684 kN0.390.070.270.370.510.550.58

1368 kN1.380.140.540.741.041.121.18

2736 kN4.330.31.131.582.062.212.34

4104 kN8.30.461.562.062.762.963.12

5472 kN15.930.622.022.723.73.954.15

6840 kN50.020.772.573.54.64.95.14

7114 kN68.850.832.753.754.955.315.59

Din graficul din Figura 2 n care se reprezint distribuia pe adncime a deformaiilor, n lungul pilotului calculate cu relaia mai sus prezentat pentru ncrcrile aplicate, se constat: Pe msur ce ncrcrile cresc deformaiile n lungul fiei pilotului cresc; Diferenele () descresc cu adncimea cu att mai mult cu ct ncrcarea este mai mare.n graficul din Figura 3 n care s-au reprezentat deformaiile specifice, rezult ca acestea cresc cu mrimea ncrcrilor aplicate pe capul pilotului i descresc n adncime.Din graficele din Figurile 4 i 5 n care s-au reprezentat variaia cu adncimea a ncrcrii axiale i a frecrii laterale pentru fiecare din treptele de ncrcare aplicate pe capul pilotului, rezult c ncrcarea axial descrete cu adncimea n timp ce frecarea lateral crete cu aceasta.Din graficul din Figura 6 n care s-a reprezentat distribuia pe adncime a eforturilor axiale i, se constat ca dup un palier cvasiconstant pn la adncimea de 1.85 m, acestea scad cu adncimea cu att mai accentuat cu ct ncrcarea aplicat este mai mare. De execplu, sub prima treapt de 684 kN, de la un efort pe capul pilotului 0=1075.18 kPa se ajunge, la adncimea de 22,85 m, la =426,28 kPa sau, sub treapta de 7114 kN, de la 0 = 11181,87 kPa scade la 3489,28 kPa la baza pilotului.Din graficul din Figura 7 n care se reprezint distribuia pe adncime a efortului tangenial i rezult c acesta crete constant pn la adncimea de 12,00 m dup care pn la adncimea de 19,00 m rmne constant sub fiecare treapt de ncrcare. ntre adncimile de 19,00 20,00 m efortul tangenial crete puternic rmnnd aproape constant sub adncimile de 21,00 m pentru toate treptele de ncrcare aplicate. Aceasta ultim cretere corespunde stratelor de nisipuri fine ndesate.Din graficul din Figura 8 care reprezint variaia efortului tangenial (dat funcie de adncime i ncrcare) cu deformaia pilotului rezult: Mobilizarea frecrii laterale se produce la deformaii de ordinul a 40 50 mm, valoarea maxim a efortului tangenial fiind de 874 kPa la adancimea de 22,85 i de 280 kPa la adncimea de 12,35 m. Valoarea mai mare constatat la adncimea de 22,85 m se poate explica prin influena stratului mai rezistent de la baza pilotului.n graficul din Figura 10 n care se reprezint modul de trasfer a ncrcrii aplicate P pe capul pilotului ntre fercarea lateral F1 i ncrcarea axial Pi, rezult: Frecarea lateral se mobilizeaz complet la valori ale tasrii pilotului de peste 30-40 mm egalnd ncrcarea axial la adncimea de 12,35 m; La o ncrcare admisibil de 4790 kN calculate la o ncrcare Pcr=6840 kN rezultat la baza pilotului ncrarea axial de 1500 kN i o frecare lateral de 3290 kN.4.7. CAPACITATEA PORTANTCapacitatea protant, funcie de rezultatele ncrcrii de prob se determin astfel.4.7.1. Conform STAS 2561/3-90 i NP045-2000, se consider ncrcare critic, ncrcarea corespunztoare ultimei trepte aplicate sub care s-a obinut tasarea stabilizata, Pcr=6843 kN. Capacitatea portant a unui pilot solicitat la compresiune este:R=k x m x Pcr = 0,7 x 1,0 x 6843 = 4790 kN4.7.2. Conform SR EN 1997-1/2006 Capacitatea portant caracteristic:

Rcm capacitatea portant ultim coeficient de corelare Capacitatea portant de calcul

Rck capacitatea portant caracteristic;t coeficientul parial de rezistent.5. CONCLUZIIDin analiza diagramei de ncrcare tasare a pilotului de prob cu diametrul de 900 mm i fia de 22,45 m, avnd baza la cota -31,75 ntr-un nisip prfos ndesat caracterizat prin rezistene la penetrare NSPT de 20-30 lovituri/30 cm rezult capacitile portante prezenate mai jos. Pe baza diagramelor de compresiune tasare STAS 2561/3-90 R = 4790 kN; SR EN 1997-1/2006 R=3161 kN. Pe baza rezultatelor obinute prin instrumentarea cu repri mecanici: Cumulat R=3162 kN; Baza/Frecare lateral R=3428 KN. Pentru un pilot avnd aceeai fi, i diametrul de 1,20 m, pe baza diagramelor din Figura 9 rezult. Capacitatea portant caracteristic: Capacitatea portant de calcul:

A1. Schi amplasare pilot de prob i piloi de ancorajA 2. Grafic ncrcare tasare

Figura 1. Cote amplasare reperi mecanici

DISTRIBUTIA PE ADANCIME A DEFORMATIILOR

01.858.3512.3518.8520.8522.85

S0 [mm]s1s2s3s4s5s6

0000000

0.390.320.120.02-0.12-0.16-0.19

1.381.240.840.640.340.260.2

4.334.033.22.752.272.121.99

8.37.846.746.245.545.345.18

15.9315.3113.9113.2112.2311.9811.78

50.0249.2547.4546.5245.4245.1244.88

68.8568.0266.165.163.963.6463.26

Figura 2. Distribuia pe adancime a deformaiilorDISTRIBUTIA PE ADANCIME A DEFORMATIEI SPECIFICE - i

01.858.3512.3518.8520.8522.85E [GPa]

Q[kN]123456

-

6843.78E-053.08E-052.50E-052.15E-052.00E-051.50E-0524.92

13687.57E-056.15E-055.00E-054.62E-054.00E-053.00E-0524.92

27361.62E-041.28E-041.13E-047.38E-057.50E-056.50E-0524.92

41042.49E-041.69E-041.25E-041.08E-041.00E-048.00E-0524.92

54723.35E-042.15E-041.75E-041.51E-041.25E-041.00E-0424.92

68404.16E-042.77E-042.33E-041.69E-041.50E-041.20E-0424.92

71144.49E-042.95E-042.50E-041.85E-041.80E-041.40E-0424.92

Figura 3. Distribuia pe adancime a deformaiilor specificeDISTRIBUTIA PE ADANCIME A INCARCARII AXIALE - Pi

Q[kN]01.858.3512.3518.8520.8522.85

P0P1P2P3P4P5P6

kN

684684684556.22451.93389.35361.54271.16

136813681368975.73792.78731.8634.22475.67

2736273627362024.641783.761170.881189.171030.61

4104410441042683.261981.951707.881585.561268.45

5472547254723415.062774.732390.541981.951585.56

6840684068404390.793686.432683.262378.341902.67

711471147113.64683.53963.92927.192854.012219.79

Figura 4. Distribuia pe adancime a ncrcrii axialeDISTRIBUTIA PE ADANCIME A FRECARII LATERALE- Fi

Q[kN]01.858.3512.3518.8520.8522.85

F0F1F2F3F4F5F6

kN

68400127.78232.07294.65322.46412.84

136800392.27575.22636.2733.76892.33

273600711.36952.241565.121546.831705.39

4104001420.742122.052396.472518.442835.55

5472002056.942697.273081.463490.053886.44

6840002449.213153.574156.744461.664937.33

7114002430.13149.74186.414259.594893.81

Figura 5. Distribuia pe adancime a frecrii laterale

DISTRIBUTIA PE ADANCIME A EFORTURILOR AXIALE - Fi

Q[kN]01.858.3512.3518.8520.8522.85

0123456

kN

6841075.181075.18874.32710.39612.03568.31426.23

13682150.362150.361533.751246.171150.31996.94747.7

27364300.724300.723182.532803.891840.51869.261620.02

41046451.086451.084217.813115.432684.062492.351993.88

54728601.448601.45368.134361.63757.693115.432492.35

684010751.810751.86901.885794.74217.813738.522990.81

711411181.8711181.8773626230.864601.254486.223489.28

Figura 6. Distribuia pe adancime a eforturilor axiale

DISTRIBUTIA PE ADANCIME A EFORTULUI TANGENTIAL - i

Q[kN]01.858.3512.3518.8520.8522.85

0123456

kN

684006.9520.5216.0357.0273.01

13680021.3450.8634.62129.76157.8

27360038.7184.285.16273.54301.58

41040077.31187.63130.4445.36501.44

547200111.92238.49167.67617.18687.27

684000133.27278.84226.18788.99873.11

711400132.23278.49227.79753.26865.42

Figura 7. Distribuia pe adancime a efortului tangenial

Curba de transfer ( - s)

8.3512.3518.8520.8522.85

s22s33s44s55s66

0000000000

0.1270.0221-0.1216-0.1657-0.1973

0.84210.64510.34350.261300.2158

3.2392.75842.27852.122741.99302

6.74776.241885.541305.344455.18501

13.9111213.2123812.2316811.9861711.78687

47.4513346.5227945.4222645.1278944.88873

66.113265.127863.922863.5475363.26865

Figura 8. Curba de transfer

Incarcare - deformatie pentru adancimea data22.85 m

Incarcare bazaFrecare lateralaTotals [mm]

0000

271413684-0.19

47689213680.2

1031170527361.99

1268283641045.18

15863886547211.78

19034937684044.88

22204894711463.26

Figura 9. ncrcare tasare la adncimea de 22.85 m

20