Prof. dr hab.inż. Zygmun MEYER Poliechnika zczecińska, Kaedra Geoechniki Dr inż. Mariusz KOWALÓW, adres e-mail m.kowalow@gco-consul.com Geoechnical Consuling Office zczecin WYKORZYAIE EU OERERGA DO AYCZYCH OCIĄŻEŃ PRÓYCH PALI OERERG LOAD MEHOD UED FOR AIC E PILE reszczenie W pracy przedsawiono sayczne próbne obciążenia pali o dużym udźwigu (rzędu kilku do kilkunasu ysięcy on). es Oserberga pozwala na dokładne określenie nośności pobocznicy pala, podsawy pala oraz sporządzenie wykresu obciążenie w głowicy-osiadanie. Z badań Oserberga wynika, że dla danego pala poddawanego esom w gruncie sosunek udźwigu pobocznicy i podsawy jes sały. Meoda pozwala na projekowanie pali o właściwej do porzebnego udźwigu długości i średnicy. Absrac he paper presen saisic es load for piles using Oserberg mehod. he mehod allows o esimae skin resisance, oe resisance and he op load selemen curve. ased upon ess i is possible o design piles a differen lengh by comparaion o ha one applied for ess.. Wsęp Posadowienie na palach obieków inżynierskich jes szeroko sosowane w prakyce. W osanich laach posadowienie na palach jes również wykorzysywane przy posadowieniu obieków wysokich. Przykładem ego może być wysoki obiek wznoszony w ofii Europe ower. Wieża a ma mieć wysokość ok. 80 m, a posadowienie przewidziano na płycie żelbeowej, kóra spoczywa na palach o dużej nośności. Precyzyjne określenie udźwigu pali o dużej nośności, w szczególności określenie zależności obciążenie w głowicy - osiadanie pala w ak odpowiedzialnych konsrukcjach jes problemem. zczególnie wedy, kiedy 80 90% nośności pala wynika z arcia o pobocznicę. Obliczeniowa nośność pali o 2500 on (25M). Projek przewiduje wykonanie pali o średnicy ok.35 cm i długości ok. 50 m, ak aby pale spoczywały w warswie nośnej na długości od 36 40m. Warswę nośną sanowią iły mioceńskie bardzo zware o nasępujących paramerach: ka arcia wewnęrznego φ=30 o, kohezja c=55 kpa oraz moduł ściśliwości E=80 MPa. Z uwagi na charaker konsrukcji, wrażliwość na nierównomierne osiadanie posanowiono przeprowadzić próbne sayczne obciążenia pala przy wykorzysaniu esu Oserberga [2]. 2. es Oserberga ayczne próbne obciążenia pali w posaci esu Oserberga polegają na zamonowaniu w palu komory ciśnieniowej. Komora a sprawia, że siła w komorze powoduje przesunięcie górnej części pala w górę, zaś dolnej części pala w dół. Podsawowy przypadek o
zamonowanie komory w podsawie pala (rys.). iła wywoływana w komorze ciśnieniowej zmienia się od zera do warości maksymalnej. Rys.. chema obciążenia pala komorą ciśnieniową w podsawie Formalnie związki pomiędzy siłą w komorze, a przemieszczeniem w górę i w dół wywołanym ymi siłami można orzymać obliczając przemieszczenia dolnej krawędzi podsawy pala wykorzysując znane w lieraurze Wiłun[] wzory ousinesa. Mamy = πre () = 7, 5 πhe (2) Paramery oraz są sałymi dla danego rodzaju grunu oraz rodzaju powierzchni zewnęrznej pala. Można je usalić w rakcie esu Oserberga [2]. Podczas esu Oserberga zarówno siły, jak również są równe sile generowanej w komorze ciśnieniowej. Można zaem napisać, że sosunek osiadań jes równy: = H 7, 5r (3) = W klasycznym eście Oserberga rezulaem badań są związki f ( ) f ( ) = oraz.dla obszaru, gdzie ma zasosowanie liniowe eoria obciążenie-osiadanie orzymujemy w ym eście zależności: = oraz (4) = (5)
Przykładowo wykresy ( ) oraz ( ) pokazano na rys. 2 Rys. 2. Wykresy obciążenie- przemieszczenia pala podczas esu Zwykle w prakyce analizę pracy pala ograniczamy do części, gdzie związki osiadanieobciążenie są liniowe. Jakkolwiek isnieją możliwości eksrapolacji hiperbolicznej w celu usalenia granicznych wielkości dla oraz. Łącznie nośność pala obciążonego w głowicy oblicza się porównując osiadanie Oserberg [2]. Mamy: = oraz zakładając udźwig pala U = + (6) wówczas orzymamy poniższe związki = U, + = U + (7) ponado można orzymać sosowną krzywą osiadanie-obciążenie, kóra wynika ze wzoru (6) rys. 2. a podsawie zależności (3) oraz (7) możemy orzymać związek, kóry ma znaczenie przy zmianie długości pala podczas projekowania posadowienia na podsawie opisywanego esu: H, r = oraz = 7 5 = cons 7, 5 r H (8) Ponado mamy: oraz pala w posaci = (9) = U + (0)
Wzór (8) pozwala obliczyć nową warość dla pala o długości H innej niż pala esowego ( H H). Przy skróceniu pala w sosunku do długości esowej paramer nie zmienia się. 3. Przykład obliczeniowy Dla warunków posadowienia Europe ower w ofii, w rakcie esów uworzono zależności siła w komorze oraz przemieszczenie, kóre dla części liniowych związków mają mm mm przykładowo posać: = / M oraz = 0, 2 / M i wedy = 5 i nasępnie U mm = 6 M oraz U 5 = ; 6 = U 6. Dla projekowanego obciążenia np. U = 25M orzymamy = 4, mm. Dla przyjęych pali widać, że osiadanie jes bardzo małe i układ może być zby szywny. Dlaego można skrócić pale z pierwonej długości np. H = 36m w warswie nośnej do np. H = 20m nie zmieniając średnicy. Zależności sosunku do orzymamy ze wzoru (8): i wedy H = () H = U ; + = U ( ) (2) + W rozparywanym przykładzie obliczeniowym po podsawieniu orzymamy: / = 2, 78 oraz = 0, 26 U a nasępnie = 0, 74 U. Oznacza o, że zmniejszyła się nośność pobocznicy z 83% do 74%. Wiąże się o ze wzrosem osiadania pala. Można wykazać, ze wzoru (), że osiadanie o wyniesie: = = (3) Jak już napisano wcześniej przy zmianie długości pala w sosunku do pala esowego paramer nie zmienia się. Dlaego po podsawieniu orzymamy: Przyjmując ak jak poprzednio ( ) mm mm = 0 = 0, 26 U M M (4) ( ) U = 25M orzymamy w ym przypadku osiadanie pojedynczego pala = 7, 0mm. Znając moduł ściśliwości grunu, wielkości geomeryczne pala oraz siłę na pobocznicy i w podsawie można obliczyć sałe oraz. Orzymamy ze wzoru ()
= πre (5) a nasępnie ze wzoru (8) H =, 5 (6) 7 r Po podsawieniu orzymamy: = 0, 8 ; 25 = 0,. ą o sałe charakeryzujące współpracę pal grun. Podkreślić należy, że wielkości oraz pozosają akie same przy zmianie długości pala i reprezenują wzajemne oddziaływanie w rozparywanym przypadku grunu i pala. 4. Wnioski. W pracy przedsawiono podsawowe zasady prowadzenia esu Oserberga oraz opis maemayczny związków obciążenie-osiadanie, kóre zachodzą w ym eście. 2. es Oserberga pozwala na bardzo dokładne usalenie zależności obciążenie pala w głowicy oraz osiadanie. 3. osownie do przyłożonego w głowicy pala obciążenia orzymujemy opór pobocznicy i opór podsawowy pala. adania na podsawie ych esów wskazują, iż sosunek ych oporów dla zadanego pala jes sały. Opór pobocznicy i podsawy pala rośnie proporcjonalnie w miarę jak rośnie obciążenie pala w głowicy. 4. Wyniki esów pozwalają na projekowanie w oparciu o pomierzone wielkości również pali o innych długościach (i średnicach), ale pracujących w akim samym gruncie. Dla pali krószych orzymujemy wedy większe osiadania. 5. Przedsawione u podsawowe zasady prowadzenia esów Oserberga i ich inerpreacja nie wyczerpują wszyskich możliwości ej meody. Częso np. sosuje się komorę ciśnieniową umieszczoną poniżej połowy długości pala, po o aby zmniejszyć nacisk na podsawę i zbliżyć do siebie momen uray saeczności na pobocznicy i w podsawie. 6. Prakyczne przeprowadzenie esów wymaga uwzględnienia również innych elemenów osiadania pala np. przemieszczenie się poziomych ścian komory ciśnieniowej względem powierzchni erenu. Pozwala o m.in. na uwzględnienie skrócenia długości pala żelbeowego przy dużej sile osiowej. Może ono wynosić nawe 8 mm. 7. a podkreślenie zasługuje również fak, iż meoda a pozwala na wyznaczenie sałych oraz, kóre mają odniesienie do fizycznego opisu procesu. 8. Program dalszych badań przewiduje m.in. analizę esu saycznego Oserberga dla pali, kiedy komora ciśnieniowa umieszczona jes powyżej podsawy. Oznaczenia - sała opisująca przemieszczenie podsawy pala w dół, - sała opisująca przemieszczenie głowicy pala w górę,, - sałe dla pala o skróconej długości, E - moduł ściśliwości grunu, H - długość pala na jakiej znajduje się on w warswie nośnej, - siła generowana w komorze ciśnieniowej,
- nacisk podsawy pala na grun, r - promień pala, - osiadanie podsawy pala, - przemieszczenie głowicy pala, - opór pobocznicy pala, U - obciążenie pionowe przyłożone w głowicy pala, - sałe we wzorze na osiadanie, Uwaga: indeks () górny oznacza odpowiednie wielkości dla pala o skróconej długości Lieraura. Wiłun Z.: Zarys geoechniki, Wydawnicwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 976. 2. Oserberg J.O.: Recen Advances in Load esing Driven Piles and Drilled hafs Using Oserberg Load Cell Mehod, American ociey of Civil Engineers, Chicago, 994. 3. chmermann, John and Hayes, John: he Oserberg Cell and ored Pile esing A ymbiosis, Proceedings a he hird Annual Geoechnical Engineering Conference, Cairo Universiy, Cairo Egyp, 997.