Slide bài giảng về thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA)

TN THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN

PHẦN I:
GIỚI THIỆU THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN
(PDA- PILE DYNAMIC ANALAYSIS)

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ PDA
I.1. Lịch sử phát triển
- 1958: Nghiên cứu bởi luận án thạc sỹ của Eiber tại viện công nghệ Case

- 1964: Luận án được phát triển thành dự án quy mô do Gs. Slancan và
Gs. Globe dẫn dắt.

- 1964-:-1876 : Dự án được tiến hành nghiên cứu theo 4 hướng khác nhau
dưới hỗ trợ tài chính từ bộ giao thông Ohio, FHWA, các công ty tư nhân
khác.
- 1972: PDA bắt đầu được sử dụng cho mục đích thương mại
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ PDA
I.2. Thiết bị PDA
- 2 sensor đo biến dạng
- 4 sensor đo gia tốc

- Thiết bị xử lý PDA
- Búa thử động
- Phần mềm CAPWAP
- Quy trình ASTM – D4945

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ PDA
I.3. Trình tự thực hiện thí nghiệm PDA
- Tiến hành xử lý gia cường đầu cọc
- Lắp đặt các sensor đo biến dạng và gia tốc

- Dùng búa hơi, búa Diesel có trọng lượng bằng 1-2% sức chịu tải
của cọc tác dụng lực vào đầu cọc
- Thiết bị PDA ghi lại và xử lý và đưa ra kết quả
- Dùng phần mềm CAPWAP để phân tích đánh giá sức chịu tải của
cọc.
- Kí kết biên bản thí nghiệm PDA tại hiện trường.
- In và làm báo cáo kết quả thí nghiệm.
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ PDA
I.4. Ứng dụng của PDA và CAPWAP
Đánh giá sức chịu tải của cọc:

- Đánh giá được sức chịu tải của cọc tại thời điểm thí nghiệm PDA. Nếu thí
nghiệm PDA lúc cọc vừa hạ xong và làm thí nghiệm PDA sau một thời
gian cọc nghỉ sẽ đánh giá được sự tăng hay giảm sức chịu tải của cọc theo
thời gian.

- Thí nghiệm từ lúc đầu đóng cọc đến lúc hạ xong cọc sẽ đánh giá được
sức chịu tải của cọc ở những chiều dài khác nhau. Điều này giúp điều
chỉnh chiều dài cọc thiết kế.
- Sử dụng phần mềm CAPWAP có thể đánh giá sự phân bố sức kháng
thành bên và sức kháng mũi
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ PDA
I.4. Ứng dụng của PDA và CAPWAP
Đánh giá sự làm việc của búa đóng cọc:

- Đánh giá phần trăm năng lượng hiệu quả của búa. Đánh giá ảnh hưởng hiệu quả của đệm búa và đệm
cọc đến số nhát búa.

- Xác định được những sự cố của búa, ví dụ như đánh lửa quá sớm (búa
Diesel), hoặc cửa rò rỉ hơi (búa hơi)
- Nếu số nhát búa thực đóng khác với số nhát búa dự đoán, xác định được
nguyên nhân là do điều kiện địa chất hay do sự làm việc của búa.
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ PDA
I.4. Ứng dụng của PDA và CAPWAP
Đánh giá ứng suất phát sinh trong cọc và sự toàn vẹn của cọc:
- Dự báo ứng suất kéo và ứng suất nén phát sinh trong toàn bộ cọc khi đóng, từ đó kiểm tra khả năng
cọc bị phá hỏng.

- Khi cọc hạ xong, có thể dùng PDA để kiểm tra sự toàn vẹn của cọc
( thông qua hệ số beta), từ đó có biện pháp xử lý

- Nếu số nhát búa thực đóng khác với số nhát búa dự đoán, xác định được
nguyên nhân là do điều kiện địa chất hay do sự làm việc của búa.

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


TN THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN

PHẦN II:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘNG
BIẾN DẠNG LỚN (PDA)

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

II.1. Cơ sở của phương pháp.
- Phương trình truyền sóng trong thanh thẳng
- Phương pháp Case
- Mô hình búa – cọc – đất của Smith
- Phần mềm CAPWAPC
- Hệ thống thiết bị phân tích đóng cọc PDA do hãng PDI sản xuất.

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN II: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP PDA
II.2. Phương trình truyền sóng trong cọc:

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN II: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP PDA
II.2. Phương trình truyền sóng trong cọc:

P
Vùng bị nén
Thanh thẳng chịu lực tức thời

M: Khối lượng cọc
A: Diện tích tiết diện ngang cọc
L: Chiều dài cọc

a: Gia tốc của các điểm
Z: Trở kháng của cọc
Vận tốc sóng ứng suất truyền trong thanh chỉ phụ thuộc vào mô đun đàn hồi và
khối lượng riêng của vật liệu thanh.
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN II: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP PDA
II.3. Mô hình cọc – búa – đất của Smith:
- Các khối lượng quy đổi và gối đàn hồi
được tính toán độc lập theo thời gian.
Các phương trình tính được xây dựng
thông qua ứng suất và chuyển vị của
cọc sau mỗi nhát búa.
Các giả thiết:
- Thời gian được chia nhỏ tới 1/4000s
- Tất cả các giá trị lực, vận tốc và
chuyển vị không đổi trong từng khoảng
thời gian.
- Vận tốc, lực và chuyển vị cho mỗi
khoảng thời gian được xác định chênh
so với giá trị của chúng trong khoảng
thời gian liền trước một lượng đủ để thể
hiện sự thay đổi của chúng trong một
Design by TRAN ANH TUAN
khoảng thời gian.

www.utt.edu.vn

ÁP DỤNG

PHẦN III:
ÁP DỤNG LÝ THUYẾT SÓNG CƠ HỌC
TRONG PHÂN TÍCH KẾT QUẢ PDA

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.1. Nguyên lý.
Sensor đo biến dạng

Sensor đo gia tốc

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.2. Qúa trình truyền sóng trong cọc:
- c là hằng số phụ thuộc vào bản chất
của vật liệu
- V là vận tốc dịch chuyển phân tố cọc
tại vị trí gắn sensor. V là đại lượng thay

đổi phụ thuộc vào độ lớn của nhát búa
đóng cọc và sức kháng của đất nền

t=0

L

- Từ F và V ở các thời điểm khác nhau,
ta tính được sức chịu tải của cọc.

t = 2L/c

- Trên đồ thị thường thể hiện giá trị F và
ZV, không thể hiện F và V
t = L/c`

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.3. Cọc không có sức kháng:

+
Búa

Cọc; t=0

Ứng suất nén

từ trên xuống
Ứng suất kéo
từ dưới lên

+
Cọc; t=L/c

F 2= 0

Lực F
ZV
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.3. Cọc không có sức kháng:

+
Búa

Cọc; t=0

Chuyển động
từ trên xuống
Chuyển dộng
từ dưới lên

+

+
Cọc; t=L/c
Lực F
ZV
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn

V2= 2V1


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.3. Cọc không có sức kháng:

B
C
2L/c

D
A
2L/c
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.4. Mũi cọc ngàm cứng:

+

Búa

Cọc; t=0

Ứng suất nén
từ trên xuống
Ứng suất nén
từ mũi cọc lên

+
+
Cọc; t=L/c
Lực F
ZV
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn

F2= 2F1


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.4. Mũi cọc ngàm cứng:

+
Búa

Cọc; t=0

Chuyển động

từ trên xuống
Chuyển dộng
từ dưới lên

+
Cọc; t=L/c
Lực F
ZV
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn

V 2= 0

-


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.4. Mũi cọc ngàm cứng:

B
C
2L/c

D
A

2L/c

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.5. Cọc thực tế:
Kết luận:
- Nếu cọc có tiết diện đều, khi gặp sức kháng của đất thì lực F tăng lên còn vận tốc V giảm đi.

- Ngược lại nếu tiết diện bị thu nhỏ lại (ví dụ như cọc hư hỏng hoặc hết
chiều dài cọc) thì lực F dài cọc) thì lực F giảm giảm đi còn vận tốc tăng
lên.
- Nếu đồ thị thể hiện hai đường F và ZV gần nhau thì tiết diện cọc bị thu
hẹp hoặc sức kháng của đất nhỏ, và ngươc lại.

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.5. Cọc thực tế :

A

B
L

2L/c

C
2L/c

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.5. Cọc thực tế :

Cọc nằm trong đất yếu

Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn


PHẦN III: ÁP DỤNG
III.5. Cọc thực tế :

Cọc có sức kháng mũi lớn
Design by TRAN ANH TUAN

www.utt.edu.vn