Verificarea pe cale dinamica a capacitatii portante a unor piloti prefabricati introdusi prin batere

Pentru executia unor puncte de acostare pe Bratul Sulina a fost prevazuta fundarea acestora pe piloti prefabricati introdusi prin batere solidarizati la partea superioara cu un radier din beton armat. Avand in vedere conditiile dificile de executie ale incercarilor si numarul mare de amplasamente, testul static ar fi fost costisitor si de lunga durata. Incercarile pe piloti au fost efectuate pe cale dinamica, si anume prin batere, inregistrand numarul de lovituri si deplasarea verticala a pilotilor, corespunzator lucrului mecanic aplicat. In urma interpretarii acestor citiri, s-au calculat capacitatile portante ale pilotilor. Validitatea calculelor a fost demonstrata prin comparatie cu rezultatul incercarilor statice de proba asupra unor piloti de acelasi tip, de lungime si sectiuni similare si in conditii de teren asemanatoare, conform prevederilor din SREN 1997-1-2006 referitor la „Eurocod 7. Proiectarea geotehnica”. Pentru caracterizarea globala a terenului a fost folosita metoda Amprentei. Avantajul metodei dinamice consta in faptul ca se pot efectua un numar mare de incercari, cu aceeasi tehnologie de executie folosita la punerea in opera a pilotilor.

Pentru colectarea deseurilor, in vederea transportului acestora pe calea apei, au fost prevazute in Delta Dunarii o serie de puncte de acostare (fig. 1). Un punct de acostare are lungimea de cca. 16,00 m si latimea de cca. 3,50 m si este format dintr-un tablier din beton armat care solidarizeaza 22 piloti prefabricati cu sectiunea de 40 cm x 40 cm (fig. 2). Lungimea pilotilor este de 14,00 m ÷ 16,00 m, iar patrunderea in teren este de cca. 12,00 m, din care prin greutatea proprie cca. 5,00 m.

Pilotii au fost pusi in opera prin batere, folosind un ciocan Diesel de 72 KN, cu greutatea Q₀ a partii in miscare de 19,6 KN (berbecul) si cu o soneta de sustinere montata pe un corp plutitor (fig. 3).

MODUL DE DETERMINARE A CAPACITATII PORTANTE A PILOTILOR

Incercarea pe cale dinamica urmareste stabilirea refuzului pilotului, adica patrunderea medie a acestuia sub o lovitura dintr-o serie de 10 lovituri consecutive efectuate cu un berbec cu cadenta rara. Valoarea refuzului se determina in timpul executiei pilotilor atunci cand varfurile acestora au patruns in zona indicata de studiul geotehnic. Masa berbecului M se stabileste conform Cartii utilajului, iar inaltimea de cadere H (marimea cursei berbecului), din conditia ca lucrul mecanic al unei lovituri sa fie de cca. 40 kNm, in functie de masa pilotului. Se masoara patrunderea totala in teren E a pilotului prin raportarea unui reper de pe corpul pilotului fata de cadrul de referinta. Masurarea se face cu aproximatie de 1 mm; rezultatul se exprima in cm. Refuzul (patrunderea medie sub o lovitura) se calculeaza cu formula: e = E/10 [cm].

Pentru utilajul care executa baterea se vor preciza: tipul sonetei utilizate; cadenta de batere a berbecului; masa berbecului si inaltimea de cadere determinate cu o precizie de ±1%; lucrul mecanic efectiv transmis de o lovitura (scazand pierderile datorate frecarilor etc.), masa caciulii de protectie determinata cu precizie de ±1% si materialul din care sunt constituite straturile amortizante. Formulele stabilite prin metoda dinamica pentru deducerea capacitatii portante a pilotilor sunt mult intrebuintate in practica. Ele nu necesita cercetari de laborator sau utilaje speciale. La introducerea pilotilor in teren prin batere se masoara patrunderea „e” la o lovitura a berbecului de greutate Q₀ cazand pe capul pilotului de la inaltimea H₀ (fig. 3).

Pentru stabilirea capacitatii portante se pleaca de la transformarea energiei potentiale a berbecului in lucru mecanic pe care il dezvolta reactiunea terenului Q_t in timpul unei patrunderi „e” a pilotului:

Q₀ x H = Q_t x e + W       (1)

Intrucat numai o parte a energiei potentiale se transforma in lucru mecanic al deformatiei elastice a pilotului si terenului, in caldura, trepidatii in teren etc, toate acestea se noteaza cu „W”.

Prin incercarea pe cale dinamica (efectuata conform STAS 2561/2-81) a unui pilot prefabricat introdus prin batere, incarcarea critica se poate stabili cu relatia:

in care:

P_cr – incarcarea critica a pilotului, in kN;

a – factor ce depinde de tipul pilotului si conditiile de batere, care pentru piloti din beton este de 1.500 kPa;

A – aria sectiunii pilotului, in m2;

e – refuzul pilotului, in cm, patrunderea sub 1 lovitura;

Q₀ – greutatea berbecului (sau a partii care loveste), in kN;

q – greutatea pilotului (inclusiv a caciulii de protectie si a partii stationare a berbecului), in kN;

H₀ – inaltimea de cadere a berbecului, in cm.

Se poate determina refuzul „e”, corespunzator unei sarcini P_c, conform relatiei de mai jos:

Coeficientii de siguranta si pentru conditiile de lucru sunt considerati a fi egali cu 1. In practica s-a dovedit ca exista o influenta pozitiva a timpului de odihna, intrucat refuzul creste. Perioada de odihna in functie de felul terenului este de 2-3 zile pentru nisip sau pietris, 5 zile in nisip argilos si de 15 zile in argila. In cazul prezentei prafului argilos, aceasta perioada poate ajunge la 20-25 zile.

REZULTATE OBTINUTE

Pentru fiecare pilot au fost intocmite diagrame de batere, respectiv inregistrarea patrunderii in teren si numarul de lovituri aplicate (fig. 4). Avand in vedere diagramele de infigere si prin aplicarea formulei mentionate mai sus, se poate determina valoarea capacitatii portante a unui pilot in functie de lucrul mecanic de batere, marimea refuzului si lungimea pilotului (fig. 5). Pentru variatii ale lungimii pilotului de cca. 4,00 m, aceasta nu influenteaza esential forta de batere, dar o importanta deosebita o are lucrul mecanic de batere (fig. 5, 6). Au fost intocmite diagramele de variatie a capacitatii portante a pilotilor in functie de lucrul mecanic de batere si refuz (fig. 6). In functie de lucrul mecanic de batere se obtine un refuz „e” conform Tabelului 1 prin care se poate determina capacitatea portanta a pilotului.

INCARCAREA STATICA

In SREN 1997-1-2004 privind Eurocod 7, la pct. 7.6.3., se specifica ca pot fi folosite pentru estimarea portantei pilotilor supusi la compresiune si rezultatele incercarilor in conditii dinamice cu obligatia sa fie efectuata o cercetare corespunzatoare a terenului, iar metoda a fost etalonata prin raport cu incarcari de proba statice asupra aceluiasi tip de pilot, cu lungime si sectiune transversale similare si in conditii de teren comparabile. Astfel, in acest scop au fost analizate datele obtinute prin efectuarea de lucrari in Delta Dunarii la care au fost utilizati piloti cu caracteristici geometrice similare. Incercarile statice au fost efectuate prin aplicarea asupra pilotilor a unor sarcini verticale de pana la 200 kN, masurand tasarea. Au fost obtinute diagramele care exprima relatia P = f(s) (fig. 7).

CARACTERIZAREA GEOTEHNICA A AMPLASAMENTULUI

Conform CE 044-2001 „Ghid pentru sistematizarea, stocarea si reutilizarea datelor privind parametrii geotehnici”, pentru caracterizarea prin mijloace grafice a terenului de fundare in diversele amplasamente ale lucrarilor din Delta Dunarii a fost utilizata „metoda amprentei” obtinuta prin prelungirea abacei Casagrande, a curbei de granulozitate si diagramei Skempton. Pentru amplasamentele Punctelor de incarcare a fost investigat terenul de fundare, rezultand ca acesta are o litologie comparabila cu cea din zona de efectuare a testelor statice, respectiv pe primii 6 m o argila prafoasa dupa care urmeaza pe cca 5 m un nisip prafos si apoi un nisip mediu. Identificarea a fost efectuata prin utilizarea rezultatelor de laborator privind caracteristicile geotehnice ale terenului, limita superioara de plasticitate (W₂), indicele de plasticitate (I_p), curba granulometrica.

Prin reprezentarea specifica a pamantului si unirea punctelor caracteristice rezulta „amprenta pamantului”. Se poate stabili un coeficient de analogie, A_n, intre doua pamanturi „i” si, j”, astfel:

unde A_i si A_j sunt suprafetele diagramei amprentei.

Daca A_n > 10, cele doua pamanturi au un caracter similar. Pe baza acestor date au fost construite amprentele fiecarui amplasament. Din analiza efectuata a rezultat o mare asemanare a terenului din zonele studiate. In cazul de fata, A~15, deci se poate afirma ca, in ansamblu, terenul din amplasamentele punctelor de acostare este comparabil cu cele din zonele in care pilotii au fost testati static (fig. 8). Din analiza rezultatelor incercarii statice efectuate in Delta Dunarii, in cele doua amplasamente (Sf. Gheorghe si Parches) au rezultat datele medii redate in Tabelul 1.

ETALONAREA REZULTATELOR

Prin corelarea marimii tasarilor si a fortelor aplicate, a fost obtinuta diagrama (fig. 9), din care rezulta ca pentru o anumita capacitate portanta a pilotului se obtine o tasare la incarcare statica si o alta valoare a tasarii (refuz) la incarcarea dinamica (Tabelul 1).

In acest mod au fost etalonate valorile obtinute la incarcarea statica si cea dinamica pentru capacitatea portanta a pilotilor. Rezultatele obtinute au permis sa fie determinata cu siguranta capacitatea portanta a pilotilor din toate amplasamentele mentionate mai sus.

CONCLUZII

Prin etalonarea rezultatului incarcarii de proba in regim static cu cele efectuate in regim dinamic, au fost obtinute corelatii care au permis verificarea cu cheltuieli minime a capacitatii portante a pilotilor pusi in opera prin batere. Aceasta solutie s-a dovedit a fi eficienta in conditiile realizarii de lucrari relativ mici, dar numeroase si in zone distantate. In cazul in care lucrarile ce contin piloti care se introduc prin batere sunt de mici dimensiuni si amplasate in zone distantate este eficient sa fie determinata capacitatea portanta a pilotilor pe cale dinamica conform prevederilor SREN 1997-1-2009.

Rezultatul incarcarii de proba in regim dinamic trebuie etalonat cu cel efectuat in regim static pentru piloti asemanatori si in conditii de teren comparabile. In acest mod, se obtin corelatii intre elementele masurate, ceea ce permite verificarea cu cheltuieli minime a capacitatii portante ale pilotilor pusi in opera prin batere. Este necesar sa fie intocmita o baza de date care este esentiala pentru calibrarea rezultatelor.

BIBLIOGRAFIE

1. SREN 1997-1-2006 Eurocod 7. Proiectare geotehnica. Partea 1. Reguli generale;
2. STAS 2561/3-90 Piloti;
3. NP 123/2010 Normativ privind proiectarea geotehnica a fundatiilor pe piloti;
4. NP 045 – 2000 Normativ privind incercarea in teren a pilotilor de proba si a pilotilor de fundatii;
5. GE 044-2001 Ghid pentru sistematizarea, stocarea si reutilizarea datelor privind parametrii geotehnici;
6. Tatovici, N. s.a. Teren de fundare si infrastructuri (lb. engleza) Ed. Mir, Moscova;
7. Maior, M., Paunescu M. Geotehnica si fundatii. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1967;
8. Biroul American pentru Mecanica terenului in fundatii si structura de pamant, Platforme si Cheuri (lb. engleza);
9. SC TIB-Cons SRL, Proiectul lucrarii si Studiu geotehnic;
10. SC TIB-Cons SRL, Fisele de batere a pilotilor;
11. SC GTE PROSPECT SRL, Teste de incercare la forte statice verticale si orizontale pe piloti de fundatie Complex Somova Parches, Stavilar tubular, Mila 42 – Tulcea (mai 2009).

Autori:
ing. Eugeniu Vasilache – SC Proinginer Construct SRL
prof. dr. ing. Romeo Ciortan – membru corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice din Romania

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 159 – iunie 2019, pag. 28