بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از روشهاي اندازهگیري ظرفیت باربري شمعهاي کوبشی استفاده از فرمولهاي دینامیکی میباشد. تمامی این روابط بر اساس انرژي رسیده به 35 mm شمع پایهریزي شدهاند و نیز این روابط فرض میکنند که انرژي رسیده به شمع براي کلیه شمعهاي کوبیده شده با یک چکش، ثابت میباشد. در این مقاله با استفاده از آنالیز معادله موج پارامترهاي دخیل در میزان انرژي رسیده به سر شمع و اثر هر کدام از آنها بررسی شدهاند و نیز مطالعات پارامتري براي ارزیابی انرژي رسیده به سر شمع تنها با اندازه گیري سرعت سر شمع انجام شدهاند. در نهایت یک رابطه براي تعیین این انرژي ارائه شده است.
کلمات کلیدي: معادله موج، فرمولهاي دینامیکی، ظرفیت باربري، آزمایش دینامیکی، GRLWEAP
مقدمه
ابزاري است که مزایاي بسیاري در 30 سال اخیر در زمینه کوبش شمع در سرتاسر جهان فراهم نموده است. اما به دلیل هزینه بر بودن این آزمایش و نیز تخصصی بودن آنالیزها معمولاً %5 از کل شمع ها در یک پروژه آزمایش میشوند و این بدان معنی است که %95 شمعها تست PDA نمیشوند. بنابراین ظرفیت اکثر شمعها باید به روشهاي دیگر تخمین زده شوند نظیر اندازهگیري یا با استفاده از فرمولهاي دینامیکی که نیازمند انرژي رسیده به شمع و نیز میزان فرورفت شمع به ازاي هر ضربه - set - می باشند.
اما فرمولهاي دینامیکی فرض می کنند که انرژي رسیده از چکش به شمع معلوم و ثابت میباشد اما در حقیقت، عملکرد چکش هاي کوبش می تواند تا %30 و حتی بیشتر تغییر نماید. لذا اندازه گیري انرژي بوسیله PDA نمی تواند تضمین کند که همان انرژي به شمع هاي تست نشده رسیده است و بنابراین اگر انرژي رسیده به شمع را نتوان چک نمود در نتیجه اندازه گیري و نمیتواند ظرفیت باربري مورد نظر را تضمین نماید. لذا در این مقاله رابطهاي براي تعیین انرژي رسیده شده تنها با اندازهگیري سرعت حرکت سر شمع در حین کوبش ارائه شده است.
فرمولهاي دینامیکی
فرمولهاي دینامیکی کوبش شمع سالیان زیادي است که توسط مهندسان براي طراحی پیهاي شمعی استفاده میشوند. با این حال، در بین روشهاي مختلفی که در ژئوتکنیک استفاده میشود. این فرمولها از انواعی میباشند که با حداکثر شک و تردید بوسیله مهندسان به کار گرفته میشوند. در سال 1960، یک روش جدید بر پایه تئوري معادله موج براي کامپیوترهاي دیجیتال توسط E.A.L Smith معرفی شد.
این روش، یک روش با جزئیات خیلی بیشتر میباشد که از روش مومنتوم استفاده میکند و بسیاري از ضرایبی که بر کوبش شمع اثر میگذارند را در نظر میگیرد. بنابراین شاید اینطور به نظر آید که اکنون نیاز به فرمولهاي دینامیکی کوبش شمع مرتفع شده باشد. اما در حقیقت اینگونه نیست و اگر چه که الگوریتم معادله موج به راحتی توسط کامپوتر قابل حل میباشد با این حال، فرمولهاي دینامیکی همچنان از محبوبیت ویژهاي برخوردار میباشند.
عوامل تأثیر گذار بر فرمولهاي دینامیکی
فرمولهاي دینامیکی مانند آزمایش نفوذ استاندارد با چندین مشخصه ترکیبی از تجهیزات و خاك در هنگام اعمال میزان مشخصی از انرژي به سیستم در ارتباط میباشند. در هر دو حالت پاسخ فیزیکی پایه همان مقاومت خاك در مقابل نفوذ میباشد و میتوان اینطور بیان داشت که نفوذ کمتر مقاومت بزرگتري را براي همان میزان انرژي ورودي نشان میدهد. فاکتور بعدي که بر فرمولهاي دینامیکی اثر میگذارد این است که این فرمولها بر اساس اصل پایداري انرژي می باشند و جوابهاي درستی میدهند در صورتی که تمامی عناصر انرژي و مقادیرشان تعیین شوند .
یکی از دلایل گرایش به سمت روشهاي انرژي این است که در خیلی از مواقع با یک نگرش درست میتوان به تخمین خوبی از توزیع انرژي در یک سیستم دست یافت. در این موارد، نتایج ساده و روشن حاصل میشوند. بطور کلی، نیاز به تعیین تنش و کرنش در یک سیستم با جزئیات حذف میشود و نتیجه نهایی تقریب خوبی براي پارامترهاي کلیدي میباشد. براي مثال در فرمولهاي دینامیکی، مقاومت کوبش را میتوان با میزان فرورفت بدست آمده تخمین زد.
تاثیر انرژي در برآورد ظرفیت باربري با استفاده از فرمولهاي دینامیکی
همانطور که ذکر شد فرمولهاي دینامیکی فرض میکنند که انرژي رسیده از چکش به شمع معلوم و ثابت میباشد . اندازهگیريهاي PDA زیادي نشان داده است که عملکرد چکشهاي کوبش میتواند تا %30 و حتی بیشتر تغییر نماید %30 کاهش در انرژي رسیده به شمع ، مقدار set از 45/5 به 27/5 میلیمتر یعنی %40 کاهش در set رخ می دهد. لذا اگر از فرمولهاي رایج دینامیکی نظیر فرمول Hiely اصلاح شده است در نظر گرفتن یک میزان انرژي ثابت براي کل شمعها، می تواند به خطاهاي بزرگی براي تعیین ظرفیت باربري منجر شود و لذا نیاز به ضرایب اطمینان بالاتري میباشد.
پارامترهاي اثر گذار بر انرژي منتقل شده به شمع
علاوه بر بازده چکش، برخی از پارامترهایی که به میزان انرژي رسیده شده به سر شمع اتر گذار می باشند شامل سختیهاي cushion چکش و شمع، امپدانس شمع، توزیع مقاومت جداره در طول شمع و نیز نسبت وزن کلاهک شمع به وزن چکش میباشد. در این مقاله اثرات هر کدام از این موارد بجز مورد آخر براي شمعهاي فولادي و چکشهاي هیدرولیک مورد بررسی قرار گرفته شدهاند.
بررسی تحلیل معادله موج پارامترهاي دخیل در انرژي منتقل شده به شمع
آنالیزهاي معادله موج با استفاده از برنامه GRLWEAP ویرایش 2005 انجام شدهاند . این آنالیزها تنها براي چکشهاي هیدرولیک با وزنها و کاراییهاي مختلف و شمعهاي فولادي با امپدانسهاي مختلف انجام شدهاند. اثر هر کدام از پارامترهاي ذکر شده در پاراگراف قبلی بر روي انرژي انتقالی به چکش با استفاده از تغییر دادههاي ورودي معادله موج بررسی شدهاند. که در آن E ، A و c به ترتیب مدول الاستیسیته شمع، سطح مقطع شمع و سرعت موج در طول شمع میباشد.
با افزایش سختی cushion چکش، نسبت انرژي انتقالی به شمع افزایش مییابد اما با افزایش سختی به میزان سختی خود شمع این نسبت تابت باقی میماند.لذا میزان ETR به امپدانس شمع نیز بستگی دارد. با کاهش امپدانس شمع میزان انرژي انتقالی به شمع افزایش مییابد اما این کاهش امپدانس براي شمعهاي فولادي یک مقدار بهینه دارد چرا که کاهش بیشتر امپدانس شمع از مقدار بهینه، میزان انرژي انتقالی به شمع را کاهش میدهد.
