10 Meyer Z i inni Wykorzystanie testu Osterberga do statycznych obciazen probnych pali, budownictwo, Awarie i ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
XXIV
awariebudowlane
Prof. dr hab.inŜ. Z
YGMUNT
M
EYER
Politechnika Szczecińska, Katedra Geotechniki
Dr inŜ. M
ARIUSZ
K
OWALÓW
,
m.kowalow@gco-consult.com
Geotechnical Consulting Office Szczecin
WYKORZYSTANIE TESTU OSTERBERGA DO STATYCZNYCH
OBCI
Ąś
E
Ń
PRÓBNYCH PALI
OSTERBERG LOAD METHOD USED FOR STATIC TEST PILE
Streszczenie
W pracy przedstawiono statyczne próbne obciąŜenia pali o duŜym udźwigu (rzędu kilku do kilku-
nastu tysięcy ton). Test Osterberga pozwala na dokładne określenie nośności pobocznicy pala, podstawy pala
oraz sporządzenie wykresu obciąŜenie w głowicy-osiadanie. Z badań Osterberga wynika, Ŝe dla danego pala
poddawanego testom w gruncie stosunek udźwigu pobocznicy i podstawy jest stały. Metoda pozwala na
projektowanie pali o właściwej do potrzebnego udźwigu długości i średnicy.
Abstract
The paper present statistic test load for piles using Osterberg method. The method allows to estimate
skin resistance, toe resistance and the top load – settlement curve. Based upon tests it is possible to design piles
a different length by comparation to that one applied for tests.
1. Wst
ę
p
Posadowienie na palach obiektów inŜynierskich jest szeroko stosowane w praktyce.
W ostatnich latach posadowienie na palach jest równieŜ wykorzystywane przy posadowieniu
obiektów wysokich. Przykładem tego moŜe być wysoki obiekt wznoszony w Sofii „Europe
Tower”. WieŜa ta ma mieć wysokość ok. 180 m, a posadowienie przewidziano na płycie
Ŝelbetowej, która spoczywa na palach o duŜej nośności. Precyzyjne określenie udźwigu pali
o duŜej nośności, w szczególności określenie zaleŜności obciąŜenie w głowicy – osiadanie pala
w tak odpowiedzialnych konstrukcjach jest problemem. Szczególnie wtedy, kiedy 80
¸
f
=
30
o
, kohezja
c=
55 k
Pa
oraz moduł ściśliwości
E=
80 MPa
.
Z uwagi na charakter konstrukcji, wraŜliwość na nierównomierne osiadanie postanowiono
przeprowadzić próbne statyczne obciąŜenia pala przy wykorzystaniu testu Osterberga [2].
XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna
SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009
90%
nośności pala wynika z tarcia o pobocznicę. Obliczeniowa nośność pali to 2500 ton (25 MN).
Projekt przewiduje wykonanie pali o średnicy ok.135 cm i długości ok. 50 m, tak aby pale
spoczywały w warstwie nośnej na długości od 36¸40 m. Warstwę nośną stanowią iły mioceń-
skie bardzo zwarte o następujących parametrach: kat tarcia wewnętrznego
Geotechnika
2. Test Osterberga
Statyczne próbne obciąŜenia pali w postaci testu Osterberga polegają na zamontowaniu
w palu komory ciśnieniowej. Komora ta sprawia, Ŝe siła w komorze powoduje przesunięcie
górnej części pala w górę, zaś dolnej części pala w dół. Podstawowy przypadek to zamonto-
wanie komory w podstawie pala (rys.1). Siła wywoływana w komorze ciśnieniowej zmienia
się od zera do wartości maksymalnej.
Rys. 1. Schemat obciąŜenia pala komorą ciśnieniową w podstawie
Formalnie związki pomiędzy siłą w komorze
N
, a przemieszczeniem w górę i w dół wy-
wołanym tymi siłami moŜna otrzymać obliczając przemieszczenia dolnej krawędzi podstawy
pala wykorzystując znane w literaturze Wiłun[1] wzory Bousinesqa. Mamy
S
=
a
×
N
1
(1)
q
q
p
rE
S
=
a
×
7
,
5
×
T
(2)
t
t
p
HE
są stałymi dla danego rodzaju gruntu oraz rodzaju powierzchni
zewnętrznej pala. MoŜna je ustalić w trakcie testu Osterberga [2].
Podczas testu Osterberga zarówno siły
N
1
, jak równieŜ
T
są równe sile generowanej
w komorze ciśnieniowej
N
. MoŜna zatem napisać, Ŝe stosunek osiadań jest równy:
Parametry
q
oraz
t
S
q
=
a
q
×
H
(3)
S
a
7
,
5
r
t
t
.
Dla obszaru, gdzie ma zastosowanie liniowe teoria obciąŜenie-osiadanie otrzymujemy w tym
teście zaleŜności:
W klasycznym teście Osterberga rezultatem badań są związki
S
t
=
f
( )
oraz
S
q
=
f
( )
S
t
=
B
t
×
N
oraz
(4)
292
a
a
N
N
Meyer Z. i inni: Wykorzystanie testu Osterberga do statycznych obci
ąŜ
e
ń
próbnych pali
S
q
=
B
q
×
N
(5)
Przykładowo wykresy
S
t
( )
N
oraz
S
q
( )
N
pokazano na rys. 2
Rys. 2. Wykresy obciąŜenie-przemieszczenia pala podczas testu
Zwykle w praktyce analizę pracy pala ograniczamy do części, gdzie związki osiada-
nie-obciąŜenie są liniowe. Jakkolwiek istnieją moŜliwości ekstrapolacji hiperbolicznej w celu
ustalenia granicznych wielkości
N
dla
t
S
oraz
q
S
=
q
S
oraz zakładając udźwig pala
U
=
N
1
+
T
(6)
wówczas otrzymamy poniŜsze związki
B
q
N
=
U
1
,
T
=
U
B
t
(7)
1
B
B
1
+
q
1
+
q
B
B
t
t
ponadto moŜna otrzymać stosowną krzywą osiadanie-obciąŜenie, która wynika ze wzoru (6) rys.
2. Na podstawie zaleŜności (3) oraz (7) moŜemy otrzymać związek, który ma znaczenie przy
zmianie długości pala podczas projektowania posadowienia na podstawie opisywanego testu:
B
q
=
5
H
×
a
q
oraz
a
q
=
7
5
r
×
B
q
=
const
(8)
B
7
,
r
a
a
H
B
t
t
t
t
Ponadto mamy:
T
=
B
q
(9)
N
B
1
t
oraz pala w postaci
S
=
U
×
B
q
(10)
B
1
+
q
B
t
293
S
. Łącznie nośność pala obciąŜonego w gło-
wicy oblicza się porównując osiadanie Osterberg [2]. Mamy:
t
,
Geotechnika
Wzór (8) pozwala obliczyć nową wartość
( )
B
dla pala o długości
1
1
H
innej niŜ pala testowe-
go (
H
¹
H
1
). Przy skróceniu pala w stosunku do długości testowej parametr
q
B
nie zmienia się.
3. Przykład obliczeniowy
Dla warunków posadowienia Europe Tower w Sofii, w trakcie testów utworzono zale-
Ŝności siła
N
w komorze oraz przemieszczenie, które dla części liniowych związków mają
przykładowo postać:
B
q
1
=
mm
/
MN
oraz
B
=
0
,
2
mm
/
MN
i wtedy
B
q
=
5
i następnie
t
B
t
S
=
U
mm
oraz
T
=
5
;
N
1
=
1
.
6
MN
U
6
U
6
. Dla przyjętych
pali widać, Ŝe osiadanie jest bardzo małe i układ moŜe być zbyt sztywny. Dlatego moŜna
skrócić pale z pierwotnej długości np.
Dla projektowanego obciąŜenia np.
U
25
=
MN
otrzymamy
S
=
4
,
1
mm
H
36
=
m
w warstwie nośnej do np.
H
1
=
20
m
nie
zmieniając średnicy. ZaleŜności stosunku
B
do
1
q
( )
B
otrzymamy ze wzoru (8):
( )
1
t
B
( )
B
H
q
=
q
×
1
(11)
B
( )
B
H
t
t
i wtedy
B
( )
q
1
B
( )
( )
( )
( )
( )
N
1
=
U
1
;
T
1
=
U
1
×
t
(12)
1
B
( )
1
B
( )
q
1
+
q
1
+
q
B
( )
1
B
( )
t
t
W rozpatrywanym przykładzie obliczeniowym po podstawieniu otrzymamy:
. Oznacza to,
Ŝ
e zmniejszy-
ła się nośność pobocznicy z 83% do 74%. WiąŜe się to ze wzrostem osiadania pala. MoŜna
wykazać, ze wzoru (1), Ŝe osiadanie to wyniesie:
( )
/
B
( )
1
=
2
78
oraz
N
=
0
,
26
×
U
( )
1
a nast
ę
pnie
( )
T
1
=
0
,
74
×
U
( )
1
q
t
1
N
( )
1
S
( )
1
=
S
×
1
=
Bq
×
N
(
1
(13)
N
1
Jak juŜ napisano wcześniej przy zmianie długości pala w stosunku do pala testowego parametr
B
nie zmienia się. Dlatego po podstawieniu otrzymamy:
q
S
=
N
( )
×
10
mm
=
0
,
26
×
U
( )
1
mm
(14)
1
1
MN
MN
Przyjmując tak jak poprzednio
( )
U
1
=
25
MN
otrzymamy w tym przypadku osiadanie
pojedynczego pala
( )
S
1
=
7
0
mm
.
294
1
1
1
1
1
B
1
,
1
,
Meyer Z. i inni: Wykorzystanie testu Osterberga do statycznych obci
ąŜ
e
ń
próbnych pali
Znając moduł ściśliwości gruntu, wielkości geometryczne pala oraz siłę na pobocznicy
i w podstawie moŜna obliczyć stałe
q
a
oraz
t
a
. Otrzymamy ze wzoru (1)
a
q
=
B
q
×
p
rE
(15)
a następnie ze wzoru (8)
a
=
a
H
×
B
t
(16)
t
q
7
,
5
r
B
q
Po podstawieniu otrzymamy:
a
q
=
18
;
a
t
=
0
,
25
. Są to stałe charakteryzujące współpracę pal
pozostają takie same przy zmianie długości
pala i reprezentują wzajemne oddziaływanie w rozpatrywanym przypadku gruntu i pala.
a
oraz
t
a
4. Wnioski
1. W pracy przedstawiono podstawowe zasady prowadzenia testu Osterberga oraz opis
matematyczny związków obciąŜenie-osiadanie, które zachodzą w tym teście.
2. Test Osterberga pozwala na bardzo dokładne ustalenie zaleŜności obciąŜenie pala w głowi-
cy oraz osiadanie.
3. Stosownie do przyłoŜonego w głowicy pala obciąŜenia otrzymujemy opór pobocznicy
i opór podstawowy pala. Badania na podstawie tych testów wskazują, iŜ stosunek tych opo-
rów dla zadanego pala jest stały. Opór pobocznicy i podstawy pala rośnie proporcjonalnie
w miarę jak rośnie obciąŜenie pala w głowicy.
4. Wyniki testów pozwalają na projektowanie w oparciu o pomierzone wielkości równieŜ pali
o innych długościach (i średnicach), ale pracujących w takim samym gruncie. Dla pali
krótszych otrzymujemy wtedy większe osiadania.
5. Przedstawione tu podstawowe zasady prowadzenia testów Osterberga i ich interpretacja nie
wyczerpują wszystkich moŜliwości tej metody. Często np. stosuje się komorę ciśnieniową
umieszczoną poniŜej połowy długości pala, po to aby zmniejszyć nacisk na podstawę
i zbliŜyć do siebie moment utraty stateczności na pobocznicy i w podstawie.
6. Praktyczne przeprowadzenie testów wymaga uwzględnienia równieŜ innych elementów
osiadania pala np. przemieszczenie się poziomych ścian komory ciśnieniowej względem
powierzchni terenu. Pozwala to m.in. na uwzgl
ę
dnienie skrócenia długo
ś
ci pala
Ŝ
elbeto-
wego przy duŜej sile osiowej. MoŜe ono wynosić nawet 8 mm.
7. Na podkreślenie zasługuje równieŜ fakt, iŜ metoda ta pozwala na wyznaczenie stałych
t
a
a , które mają odniesienie do fizycznego opisu procesu.
8. Program dalszych badań przewiduje m.in. analizę testu statycznego Osterberga dla pali,
kiedy komora ciśnieniowa umieszczona jest powyŜej podstawy.
oraz
q
Oznaczenia
B
– stałe dla pala o skróconej długości,
E
– moduł ściśliwości gruntu,
H
– długość pala na jakiej znajduje się on w warstwie nośnej,
,
( )
t
295
0
,
– grunt. Podkreślić naleŜy, Ŝe wielkości
q
1
1
B
– stała opisująca przemieszczenie podstawy pala w dół,
B
– stała opisująca przemieszczenie głowicy pala w górę,
( )
q
B
[ Pobierz całość w formacie PDF ]