Lucrarea descrie rezultatele obținute în urma interpretării măsurătorilor pe un pilot de probă instrumentat încărcat orizontal. Analiza rezultatelor permite o primă comparație între comportamentul piloților solicitați la forțe orizontale, ipotezele de calcul admise de normele românești și determinarea parametrilor pentru modelul Winklerian cu variație liniară cu adâncimea a coeficientului de pat.

În lucrare se prezintă rezultatele unei încercări de încărcare laterală pe un pilot de probă situat într-un amplasament din București. Sunt descrise datele despre amplasamentul studiat și rezultatele obținute în urma măsurătorilor deplasărilor şi rotirilor pilotului cu ajutorul a microcomparatoarelor dispuse pe două niveluri la partea superioară și a unui tub inclinometric introdus în corpul pilotului de probă, pentru diferite trepte de încărcare a pilotului la forțe orizontale.

Apoi, s-a estimat prin calcul invers factorul de proporționalitate K, corespunzător variației liniare cu adâncimea a coeficientului reacțiunii laterale, pe baza măsurătorilor directe (deplasări și rotiri ale pilotului supus încercărilor de probă) cu ajutorul microcomparatoarelor și a tubului inclinometric introdus în corpul pilotului de probă.

S-a calculat astfel deformata pilotului pe toată lungimea sa considerând o valoare K estimată prin calculul invers și s-a comparat cu deformata obținută în urma măsurătorilor inclinometrice.

Informații generale

Pe un amplasament în București, s-a încercat un pilot de probă la încărcări orizontale, conform cerințelor normativului de încercare [1]. Pilotul de probă are diametrul mediu considerat în calcule d=1000 mm și fișa activă D=19,40 m (după spargere). Betonul este de clasă C25/30 (E=31 GPa).

Trebuie menţionat că pilotul a avut diametrul mărit la partea superioară datorită tehnologiei de execuție prin folosirea unui tub de protecţie pe primii metri.

Pilotul a fost executat folosind tehnologia de forare cu fluid de polimer şi betonat prin metoda Contractor, cu tubulatură de betonare. [4]

Conform fișei de foraj, considerând cota ±0,00 = cota aplicării încărcării de probă, litologia este dată în Tabelul 1:

Figura 1 – Schiţa forajului pilotului de probă

În timpul încărcării pilotului de probă, s-au măsurat deplasările şi rotirile pilotului cu ajutorul a două microcomparatoare dispuse ca în schiţa din Figura 3 şi prin măsurători inclinometrice cu citiri la fiecare 0,50 m de la capul pilotului în jos.

Citirile pe microcomparatoare şi citirile inclinometrice au fost făcute la fiecare treaptă de încărcarea a pilotului de probă (Q_or=40, 80 … 560 kN) şi la descărcare (Q_or=280, 0 kN). Rezultatele măsurătorilor şi prelucrarea acestora sunt prezentate în cele ce urmează.

Prezentarea rezultatelor

În Figura 2 se arată pilotul de probă şi sistemul de încărcare cu forţe orizontale pe amplasamentul încercării prezentate, iar în Figura 3 se schematizează atât amplasarea a pilotului de probă, piloții de reacţiune şi sistemul de încărcare, cât şi a aparatelor de măsurare a deplasărilor şi rotirilor pilotului de probă în timpul încercării (microcomparatoare amplasate pe două niveluri la partea superioară şi tub inclinometric în interiorul pilotului de probă) şi grinda de referinţă.

Măsurători ale deplasărilor capului pilotului cu microcomparatoare

Pentru măsurarea deplasărilor la capul pilotului s-au folosit două microcomparatoare, poziționate ca în Figura 3. Prin extrapolarea citirilor de la cotele +0,20 şi +1,30, s-au determinat deplasarea şi rotirea la cota ±0,00 (cota aplicării încărcării de probă).

În Figura 4 se prezintă diagrama de variaţie cu încărcarea Q_or a deplasărilor pilotului Δ_or la cota ±0,00, determinate pe baza măsurătorilor cu microcomparatoare.

Măsurători inclinometrice

Pentru o analiză mai completă a comportării pilotului sub acțiunea încărcărilor și determinarea deplasărilor pe întreaga lungime a pilotului de probă, acesta a fost echipat cu un tub inclinometric și s-au măsurat rotirile apărute în pilot în fiecare secțiune din 50 cm în 50 cm și pentru fiecare treaptă de încărcare, cum se vede în Figura 5.

Citirile s-au făcut pe două axe perpendiculare A-A, respectiv B-B rezultate din posibilitatea montării tubului inclinometric în pilot. În funcţie de aceste citiri, s-au recalculat (redus) deplasările orizontale pe direcţia aplicării încărcării de probă (axa X) şi pe direcţie perpendiculară acesteia (axa Y).

Comparații între măsurători

În Figura 6 se arată comparativ, modul de determinare a rotirilor şi deplasărilor orizontale la partea superioară a pilotului.

În Figura 7 se prezintă variaţia cu încărcarea a deplasărilor orizontale la cota ±0,00, determinate pe baza măsurătorilor cu microcomparatoare şi cu dispozitivul inclinometric, iar în Figura 8 se prezintă variaţia cu încărcarea a rotirilor la partea superioară a pilotului determinate pe baza măsurătorilor cu microcomparatoare şi cu dispozitivul inclinometric.

Semnificaţia coeficientului de proporţionalitate K

În norme se propune pentru calculul piloţilor la forţe orizontale modelul Winklerian cu variaţie liniară cu adâncimea a coeficientului de pat.

Determinarea prin calcul invers a coeficientului de proporţionalitate, K (în ipoteza E_s=E_s(z))

Pe baza formulelor date de ecuaţiile (2) şi (3) [3] şi utilizând rezultatele măsurătorilor pentru determinarea deplasărilor  şi a rotirilor  la nivelul aplicării încărcării de probă, s-au determinat valori ale coeficientului reacţiunii laterale K pentru diferite trepte de încărcare ale pilotului de probă Q_or=80, 120 … 560 kN (considerând pilotul liber la partea superioară), printr-un calcul invers, iterativ.

Interpretarea rezultatelor din citirile la microcomparatoare

În urma calcului invers iterativ, pe baza modelului Winklerian de estimare a coeficientului de pat variabil cu adâncimea  recomandat de normele româneşti, se prezintă în Figura 9 rezultatele obţinute utilizând măsurătorile la microcomparatoare şi măsurătorile inclinometrice.

Calculul deformaţiilor în lungul pilotului pe baza coeficientului de proporţionalitate rezultat din calculul invers

Se observa o tendinţă de uniformizare a valorilor coeficientului de proporţionalitate, K, la valori ale încărcării mai mari. S-a folosit pentru deformaţiilor pilotului pe baza formulelor empirice, valoarea K=30000 kN/m⁴, respectiv m_h=46000 kN/m³.

În Figura 10 se prezintă o comparaţie între măsurători inclinometrice şi deformaţiile calculate pentru valori Q_or=320…560 kN folosind coeficientul de proporţionalizate rezultat din calcul invers.

Prezenta lucrareprezintă rezultatele obținute în urma interpretării măsurătorilor pe un pilot de probă instrumentat. Trebuie menționat că aceasta este printre primele încercări la scară naturală pe piloți instrumentați cu inclinometru din România, iar analiza rezultatelor permite o primă comparație între comportamentul presupus al piloților solicitați la forțe orizontale, ipotezele de calcul admise de normele românești [3], [5], [6] și rezultatele obținute în urma măsurătorilor.

Pe baza măsurătorilor directe (deplasări și rotiri ale pilotului supus încărcărilor de probă) cu ajutorul microcomparatoarelor și a unui tub inclinometric introdus în corpul pilotului de probă s-a estimat prin calcul invers factorul de proporționalitate K.

S-a observat o diferență relativ mare între valorile recomandate tabelar în normele [2] și [3] pentru factorul de proporționalitate, K și realitate, din orice mod de prelucrare a datelor (deplasări sau rotiri, citiri la microcomparatoare sau inclinometrice). Se ajunge astfel la concluzia că normativul recomandă pentru piloții solicitați lateral niște valori acoperitoare pentru calculul deplasărilor.

S-a calculat astfel deformata pilotului pe toată lungimea sa considerând o valoare K estimată prin calculul invers și s-a comparat cu deformata obținută în urma măsurătorilor inclinometrice (Figura 10).

Calculul s-a făcut cu un K admis constant, fără a se putea diferenția valoarea coeficientului de proporționalitate pentru diferite straturi. Trebuie menționat că, în realitate, pe amplasamentul studiat, s-a constatat prezența a două straturi puternic contrastante (stratul de umplutură de circa 2,50 m grosime de la partea superioară a pilotului și stratul de nisip cu pietriș de la circa 4,00 m adâncime față de cota aplicării încărcării de probă). Din această cauză, de la o anumită adâncime, diagramele calculate au diferit sensibil față de cele măsurate.

Această observație presupune prudență deosebită în determinarea coeficientului de proporționalitate mediu conform standardului atunci când pilotul trece prin mai multe straturi. Influența straturilor puternic contrastante în zona superioară unde se produc cele mai mari deplasări ale pilotului supus la sarcini orizontale poate fi pusă în evidență printr-o metodă mai evoluată bazată pe metoda elementului finit. Pe viitor, ne propunem studiul comportamentului pilotului și comportamentul mecanic al pământului din jurul acestuia cu ajutorul programului de calcul PLAXIS 3D, bazat pe metoda elementului finit, prin diferite modele de calcul: Mohr-Coulomb, Hardening Soil și Hardening Soil with small strain stiffness.

NP 045-2000, Normativ privind încercarea în teren a piloţilor de probă şi a piloţilor din fundaţii;

STAS 2561/3-90, Piloţi – Prescripţii generale de proiectare;

NP 123:2010, Normativ privind proiectarea geotehnică a fundaţiilor pe piloţi;

SR EN 1536:2004, Execuţia lucrărilor geotehnice speciale. Piloţi foraţi;

SR EN 1997-1:2004, Eurocod 7: Proiectare geotehnică. Partea 1: Reguli generale.

SR EN 1997-1:2004/NB:2007, Eurocod 7. Partea 1. Anexa naţională