PHƯƠNG PHÁPTHÍ NGHIỆM - scqc.comscqc.com/image/data/file bài viết/CLB Seef/Phương pháp thí nghiệm Osterberg.pdf · Do ban đầu giả thiết cọc làm việc như

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

OSTERBERG (O-CELL)

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

• Lịch sử nghiên cứu và hình thành thí nghiệm

• Ứng dụng thí nghiệm ở Việt nam và trên thế giới

1. GIỚI THIỆU PHƯƠNGPHÁP THÍ NGHIỆMOSTERBERG

• Lý thuyết cơ sở

• Mô hình thí nghiệm2. NGUYÊN LÝ THÍNGHIỆM OSTERBERG

• Thiết bị thí nghiệm

• Trình tự thí nghiệm3. THIẾT BỊ VÀ TRÌNH TỰTHÍ NGHIỆM

• Các giả thiết sử dụng

• Xử lý kết quả thí nghiệm – lập biểu đồ4. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍNGHIỆM VÀ BÁO CÁO

• Ưu điểm

• Nhược điểm5. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦATHÍ NGHIỆM

6. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ THÍ NGHIỆM MỚI TƯƠNG TỰ

GIỚI THIỆU PP THÍ NGHIỆM OSTERBERG1.

1.1 Lịch sử nghiên cứu và hình thành thí nghiệm

Thí nghiệm Osterberg là công nghệ nén tĩnh mới cho cọc

được phát minh bởi giáo sư người Mỹ Jorj Osterberg từ

những năm 1970s và lần đầu áp dụng năm 1984

Công ty Loadtest độc quyền về thiết bị thí nghiệm với

giá khá cao. Hiện nay, một số nước đã chế tạo lại theo

nguyên lý trên để giảm giá thành tuy vẫn phải tốn một

khoản để mua bản quyền.

Ngày nay, thí nghiệm Osterberg được thực hiện

dựa trên tiêu chuẩn “ASTM – D1143 Standard

Test Method for Piles Under Static Axial Load –

Quick load test”.


Thí nghiệm Osterberg ra đời với nhiều ưu điểm và đã được

chứng minh giải quyết được những hạn chế của phương

pháp nén tĩnh bằng đối trọng thông thường

1.1 Lịch sử nghiên cứu và hình thành thí nghiệm

Các hạn chế của phương pháp thí nghiệm nén tĩnh thông thường

• Không thể hoặc rất khó khăn trong việc tạo đối trọng thí nghiệm cho những cọc

có Sức chịu tải lớn (đặc biệt là Cọc khoan nhồi, Barette và các móng đài cao)

• Hạn chế về mặt tiến độ thí nghiệm vì phải vận chuyển hệ đối trọng

• Không thể kiểm tra riêng biệt sức kháng ma sát và sức kháng mũi cọc

• Không kiểm tra được biến dạng đàn hồi thân cọc

• Cần yêu cầu về không gian rộng để tiến hành thí nghiệm

• Trong một số trường hợp, kinh phí thí nghiệm là khá lớn


1.2 Ứng dụng thí nghiệm ở Việt Nam và trên thế giới

Ở Việt Nam từ năm 1995 thí nghiệm cho tòa nhà Vietcombank Hà Nội cho cọc

barette 1,200 tấn.

Năm 1997, cầu Mỹ Thuận 3,600 tấn.

Năm 2002, khu tiêu chuẩn cao kết hợp tòa nhà văn phòng 27

Láng Hạ, Đống Đa, Hà Nội, cọc khoan nhồi ở đây là loại cọc

barrete 2,380 tấn.

Do nhu cầu sử dụng cọc khoan nhồi hay cọc barrete ngày căng tăng theo nhu

cầu xây dựng nhà cao tầng cũng như những công trình giao thông lớn. Với

những đặc tính hiệu quả đặc biệt là khả năng thử cho cọc có sức chịu tải rất lớn,

phương pháp Osterberg đã và đang ứng dụng nhiều ở Việt Nam, đi đôi cùng với

phương pháp thí nghiệm sức chịu tải khác cho cọc sẽ giúp cho kỹ sư tư vấn có

nhiều lựa chọn để đáp ứng nhiều khía cạnh kỹ thuật, kinh tế, môi trường.


1.2 Ứng dụng thí nghiệm ở Việt Nam và trên thế giới

Year Project Location Test load

2014 UMPC BioEngineering Building College Park, MD 2,798 kips

2017-

2018

Gerald Desmond Bridge Long Beach, CA 26,200 kips

2013 Ohio river bridges downtown

crossing

OH 72,666 kips

2017 US95/ CC-215 Interchange Las Vegas, NV 9,000 kips

2012 Nuevo Eden de San Juan Bridge EI Salvador, Central

America

10.15 MN

2016 Atlantic Bridge over Panama

Canal

Corozal west, Republic of

Panama

160 MN

2018 Transbay Tower San Francisco, CA 27,800 kips

Source: www.loadtest.com

http://www.loadtest.com/

NGUYÊN LÝ THÍ NGHIỆM OSTERBERG2.

2.1 Lý thuyết cơ sở

• Thí nghiệm Osterberg thực chất là thí nghiệm nén tĩnh cọc, về mặt

nguyên lý hoàn toàn giống với thí nghiệm nén tĩnh, chuyên dụng cho các

cọc khoan nhồi và barrette (nhưng vẫn có thể áp dụng cho cọc đúc sẵn)

• Các hộp Ocell được đặt sẵn trong thân cọc trước khi đổ bê tông cọc

khoan nhồi hay cọc barret (hoặc đặt khi đổ betong trong nhà máy đối

với cọc đúc sẵn). Khi tăng tải tiến hành đo chuyển vị đầu cọc và mũi

cọc hay vị trí đặt hộp tải trọng. Xây dựng quan hệ tải trọng-chuyển vị và

xác định sức chịu tải của cọc theo một số giả thiết.

• Nguyên tắc thí nghiệm là đặt tải trực tiếp tại mũi hay thân cọc bằng

một thiết bị gọi là hộp Osterberg (hay O-cell), khi đó sử dụng ngay tải

trọng cọc, ma sát đất thành bên cọc và sức kháng mũi làm đối trọng để

tăng tải.


2.1 Lý thuyết cơ sở

• Hộp Osterberg thực ra là một hộp gia tải bằng kích thủy lực, đặt

tại vị trí đầu cọc hoặc lý tưởng hơn là trên thân cọc ở tại nơi sao

cho lực ma sát bên (ở phía trên hộp) cân bằng với lực kháng đầu

cọc (ở phía dưới)

• Sức chịu tải cực hạn của cọc được mô hình lý thuyết gồm 2

thành phần: sức kháng mũi và ma sát thành bên, các đại lượng này

có thể được tính toán dựa vào các đặc trưng của đất:

Ru=Qs + Qp


2.2 Mô hình thí nghiệm

Minh họa các cách bố trí hộp O-cell.


2.2 Mô hình thí nghiệm

Hộp tải trọng Osterberg là bộ phận quan trọng của công nghệ này. Hiện nay,

công ty LOADTEST giữ độc quyền về công nghệ sản xuất và thường sản

xuất một số loại kích sau

Hộp kích O-cell

Bảng 1: Cho cọc khoan nhồi

Khả năng

sinh tải

(Tấn)

Đường

kính

(cm)

Chiều cao

(cm)

Hành

trình

(cm)

Trọng

lượng bản

thân (KG)

40 10 13 7.5 9

75 13 13 7.5 14.5

200 22.5 26.8 15 86

400 32.5 29 15 135

1000 53.1 29 15 360

3000 85.6 30.3 15 495

Bảng 2: Cho cọc đóng

Khả năng

sinh tải (T)

Kích thước

(cm)

Hành trình

(cm)

300 45x45 15

500 35x35 15

800 45x45 15

THIẾT BỊ VÀ TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

3.1 Thiết bị thí nghiệm

3.

Số lượng, năng lực của kích được lựa chọn theo thiết kế thí nghiệm. Được tính theo

công thức sau:

n.P = . Py/c

Trong đó: : Hệ số vượt tải; =1.0 1.3

n: Số hộp tải trọng cần bố trí

P (T): Khả năng sinh tải của Osterberg

Py/c (T): Tải trọng thử yêu cầu



3.

Máy bơm cao áp và hệ thống

ông dẫn áp lực

Hệ thống đo chuyển vị đầu

cọc và mũi cọc

Hệ thống đo áp lực

Máy bơm vữa và hệ thống

ống dẫn vữa

Thiết bị ghi nhận số liệu

Máy tính với phần mềm xử

lý kết quả

Các thiết bị khác



3.



3.

1 - Thước theo dõi chuyển vị của dầm

2 - Dầm (Mốc cố định)

3 - A&B:LVDT lắp đặt với dầm mốc và

thép đầu cọc đo chuyển vị lên của cọc

4 - C&D:LVWDT đo chuyển vị tấm thép

đáy so với đầu cọc

5 - E&F: LVDT đo chuyển vị tấm thép trên

so với đầu cọc

6 - Máy bơm

7 - Thanh truyền

8 - Đường dẫn áp lực

9 - Kích O-cell

10 - Bộ thu số liệu

11 - Máy tính

12 - Tấm thép

Tên sản phẩm EDE-V05

Phạm vi ảnh

hưởng

25; 50; 100;

150mm

Loại cảm biến Dây rung

Độ nhạy 0.02% fs

Độ chính xác 0.2% fs

Độ tuyến tính 0.5% fs

Nhiệt độ -100C đến 500C

LVWDT

Tên sản phẩm AML/M

Phạm vi đo đạc ±0.25, ±0.5, ±1, ±2.5, ±5,

±12.5, ±25, ±50 mm

Khả năng lặp lại <0.1%

Điện áp cung cấp 1 đến 5 kHz

Nhiệt độ -300C đến +850C

Kháng rung 20g đến 2 kHz

Hệ số giãn nở do nhiệt <0.02% / 0C

LVDT



3.

Các loại thanh

truyền

Đồng hồ đo áp

lực

Bơm cao áp



3.

Hộp O-Cell được gắn trước vào trong lồng thép. Vị trí gắn có thể ở đáy cọc hoặc

thường cách mũi cọc ít nhất 1.5d.

Trong trường hợp đặt hộp tải trọng ở giữa của khung thì phải cắt rời hết các cốt chủ

tại cao trình đặt hộp để đảm bảo 2 đoạn cọc có thể chuyển dịch tương đối và trái

chiều nhau.

Mặt trên và mặt dưới của các hộp kích được hàn với hai tấm thép dày 40-50mm.

Các tấm thép này có kích thước trùng khít với kích thước trong của lồng thép, được

cắt lỗ và gá lắp trước một phễu dẫn hướng tại vị trí ống đổ bêtông đi qua. Ngoài ra

người ta cũng cắt thêm một số lỗ nhỏ hơn để tạo điều kiện thuận lợi cho việc dâng

vữa bêtông trong quá trình đổ bêtông cọc.

Thanh

Truyền

Tấm thép

dưới

Tấm thép

dưới



3.

Tấm thép dày

40-50mmLỗ đặt ống đổ bêtông


3.2 Trình tự thí nghiệm

3.

B1 – Chuẩn bị hộp kích O-cell

B2 – Chuẩn bị và lắp đặt các thiết bị đo đạc

B3 – Thi công cọc khoan nhồi

B4 – Kết nối hệ thống gia tải và đo đạc

B5 – Tiến hành gia tải và ghi nhận dữ liệu (theo tiêu chuẩn ASTM D-1143)

B6 – Bơm vữa sau khi thử (trong trường hợp cọc sử dụng lại)

B7 – Báo cáo thí nghiệm



3.



3.



3.

XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÁO CÁO

4.1 Các giả thiết sử dụng

4.

Đường cong chuyển vị - tải trọng mũi trong cọc được chất tải

truyền thống giống như đường cong chuyển vị - tải trọng được

xây dựng với chuyển dịch đi xuống của hộp tải trọng.

Đường cong chuyển vị - tải trọng ma sát bên của chuyển dịch đi

lên trong thí nghiệm hộp tải trọng giống như chuyển dịch đi

xuống của hộp tải trọng.

Bỏ qua độ nén trong thân cọc khi xem nó là vật rắn.

Chuyển vịđỉnh cọc

Chuyển vịnén phía trên

Chuyển vịtại cao trìnhcắt đầu cọc

Sự giãn nởhộp Ocell

Chuyển vịchân cọc


4.2 Xử lý kết quả thí nghiệm – Nguyên lý

4.

XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÁO CÁO4.

Các số liệu ghi nhận:

Kí Hiệu Ý nghĩa

TOS Chuyển vị lên của đầu cọc (so với dầm cố định 12m).

COMP Biến dạng đàn hồi của bản thân đoạn cọc phía trên kích

BP Chuyển vị đi xuống của tấm thép dưới( so với đầu cọc)

PSI Áp lực từ bơm vào kích, tính bằng psi (pound/inch2)

Các tính toán:

Chuyển vị lên của tấm trên O-Cell = TOS + COMP

Chuyển vị xuống của tấm trên O-Cell = BP – TOS



Vẽ biểu đồ quan hệ Chuyển vị - tải trọng độc lập cho ma sát thân cọc và sức

kháng mũi:



Vẽ biểu đồ quan hệ Chuyển vị - tải trọng trong thí nghiệm tải trọng đỉnh tương

đương:

Bước 1: Đổi các tải trọng Gross từ các số liệu O-Cell thành các tải trọng Net (xét

đến lực đẩy nổi).

Bước 2: Xây dựng từng điểm của đường cong tương đương theo cách lấy hai điểm

có cùng chuyển vị trên hai đường cong thí nghiệm O-cell, lấy tổng tải trọng thành

bên và tải trọng mũi ta sẽ có tải trọng cho đường cong tương ứng với chuyển vị đó.

▪ Do ban đầu giả thiết cọc làm việc như một vật rắn nên sau khi vẽ được biểu đồ

từ những số liệu thu được, ta phải cộng thêm cộng thêm độ nén đàn hồi bổ sung.



4.2 Xử lý kết quả thí nghiệm – Kết quả thực tế

4.

Vẽ biểu đồ quan hệ Chuyển vị - tải trọng tổng từ thí nghiệm:


Vẽ biểu đồ quan hệ Chuyển vị - thời gian từ thí nghiệm:



Vẽ biểu đồ quan hệ Tải trọng tổng - thời gian từ thí nghiệm:



Vẽ biểu đồ ma sát hông – chuyển vị hướng lên :

4.



Vẽ biểu đồ ma sát hông – chuyển vị hướng xuống :

4.



Vẽ biểu đồ sức kháng mũi – chuyển vị hướng xuống :

4.



Vẽ biểu đồ Chuyển vị - tải trọng trong thí nghiệm tải trọng đỉnh tương đương:


4.

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THÍ NGHIỆM

5.1 Ưu điểm

5.

Hiệu quả, đơn giản, thời gian chuẩn bị và thực hiện ngắn

Không cần thiết kế vật liệu chịu tải thí nghiệm lớn cho cọc thử

Có thể tiến hành ở những vùng chật hẹp hoặc địa hình như sông biển.

Có thể thử nhiều cọc một lúc với cùng một thiết bị. Tránh được ảnh hưởng của

đối trọng hay cọc neo tới mối quan hệ giữa đất và cọc thí nghiệm như trong

phương pháp thử tĩnh.

Tránh được ảnh hưởng của đối trọng hay cọc neo tới mối quan hệ giữa đất và cọc

thí nghiệm như trong phương pháp thử tĩnh.

Mức độ an toàn cao trong khi thử.

Thí nghiệm Osterberg không những dự báo trước được sức chịu tải mà còn phân

tách được thành phần sức kháng bên và mũi của cọc.

Với cọc xiên thí nghiệm Osterberg dễ dàng được thực hiện.

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THÍ NGHIỆM

5.2 Nhược điểm

5.

Không thể sử dụng thí nghiệm Osterberg cho cọc nêm (vì cọc nêm không có sức

kháng bên)

Thí nghiệm chỉ hiệu quả khi sức chịu tải cọc phải có đủ hai thành phần sức kháng

hông và sức kháng mũi, và tốt nhất là hai thành phần này phải có giá trị tương

đương với nhau. Nếu không thõa mãn điều kiện này, tải thí nghiệm sẽ nhỏ và ta sẽ

không xác định được sức chịu tải cực hạn.

Trong quá trình cẩu lắp, các thanh truyền dễ bị gãy.

Ống bao bên ngoài thanh truyền bị hở, nước bê tông (trong quá trình đổ bê tông)

lọt vào trong và làm thanh truyền không tự do nữa.

Đường dẫn áp lực bị rách hở trong quá trình cẩu lắp, hàn buộc.

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ THÍ NGHIỆM MỚI TƯƠNG TỰ - Y JACK BI DIRECTION

6.1 Giới thiệu

6.

Thiết bị được cải tiến dựa trên nguyên lý thí nghiệm Osterberg

1. Thiết kế cơ học: hộp kích được làm dạng hộp rỗng

Y JACK OCELL


6.1 Giới thiệu

6.


2. Không sử dụng tấm thép mặt trên và mặt dưới

Y JACK OCELL


6.1 Giới thiệu

6.


3. Thiết kế thay đổi hướng dâng của bê tông

Y JACK OCELL


6.1 Giới thiệu

6.


6.2 Ứng dụng

6.


6.2 Ứng dụng

6.


6.2 Ứng dụng

6.


6.2 Ứng dụng

6.


6.2 Ứng dụng

6.


6.2 Ứng dụng

6.


6.2 Ứng dụng

6.

47

THANK YOU

FOR YOUR LISTENING

Documents

PHƯƠNG PHÁPTHÍ NGHIỆM - scqc.comscqc.com/image/data/file bài viết/CLB Seef/Phương pháp thí nghiệm Osterberg.pdf · Do ban đầu giả thiết cọc làm việc như