Characterization of pile driving induced ground motions
Authors: Γκρίζη Αθηνά 
Published: January 2022

Η έμπηξη πασσάλων είναι μια περίπλοκη, ενεργοβόρα διαδικασία όπου οι κώδικες και τα ρυθμιστικά πρότυπα παρέχουν κάποια καθοδήγηση, αλλά λίγα είναι κατανοητά σχετικά με τη σύζευξη και τη μετάδοση της ενέργειας κίνησης πασσάλων μέσα και μέσω του εδάφους με τη μορφή δονήσεων. Αυτές οι δονήσεις μπορεί να προκαλέσουν άμεση δομική βλάβη και ζημιά λόγω καθίζησης κοκκωδών εδαφών. Αυτή η διατριβή παρουσιάζει αποτελέσματα που δίνουν μια εικόνα για έννοιες που εξακολουθούν να αμφισβητούνται σχετικά με τις δονήσεις που προκαλούνται από την έμπηξη πασσάλων χρησιμοποιώντας σφυριά κρούσης. Αυτά τα αποτελέσματα είναι το αποτέλεσμα μιας καινοτόμου έρευνας που αποτελείται από τρία στοιχεία: (1) παρακολούθηση μετακίνησης εδάφους πλήρους κλίμακας κατά την έμπηξη των πασσάλων H στο πεδίο, (2) μικρής κλίμακας δοκιμή έμπηξης πασσάλων σε ελεγχόμενο εργαστηριακό περιβάλλον και (3) αριθμητική ανάλυση της διαδικασίας έμπηξης πασσάλων κρούσης με χρήση τρισδιάστατης ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων.Τα δεδομένα πεδίου κραδασμών έμπηξης πασσάλων συλλέχθηκαν από πέντε τοποθεσίες. Οι μηχανισμοί διάδοσης ενέργειας κατά την έμπηξη πασσάλων κρούσης αξιολογήθηκαν με την εγκατάσταση αισθητήρων στο έδαφος, ξεκινώντας πολύ κοντά από τον πάσσαλο (0.5 πόδια) και σε διαφορετικές ακτινικές αποστάσεις και βάθη, δημιουργώντας το πρώτο σύνολο δεδομένων στο είδος του. Η ανάλυση των δεδομένων ενισχύει την υπόθεση του πεδίου διάδοσης του κύματος που δημιουργείται από πασσάλους που προκαλούνται από κρούση. Τα κύματα χώρου διαδίδονται από την αιχμή του πασσάλου σε ένα σφαιρικό μέτωπο κυμάτων. Τα εγκάρσια κύματα διαδίδονται προς τα έξω από πλευρική επιφάνεια του πασσάλου σε ένα κυλινδρικό μέτωπο κυμάτων. Η διάδοση από την πλευρική επιφάνεια ξεκινά μόνο αφού η αιχμή του πασσάλου περάσει από κάτω και το σημείο παρατήρησης (αισθητήρας). Η ανάπτυξη του κύματος Rayleigh που αναφέρθηκε από διάφορους ερευνητές δεν έχει επαληθευτεί.Επιβεβαιώνεται επίσης η εξασθένηση της μέγιστης ταχύτητας των σωματιδίων και η αύξηση της ταχύτητας του εγκάρσιου κύματος σε αυξανόμενες αποστάσεις από τον πάσσαλο. Ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος εξασθένησης (εξίσωση Bornitz) προσαρμόστηκε στις καταγεγραμμένες μετρήσεις και βρέθηκε ότι είναι ένα καλό μοντέλο για να περιγράψει την ενεργειακή υποβάθμιση μέσω του εδάφους όταν χρησιμοποιούνται σαν πηγή πασσάλων που προκαλούνται από κρούση. Οι συντελεστές εξασθένησης συμφωνούν με προηγούμενα τεκμηριωμένα ευρήματα.Παρουσιάζεται μια διαδικασία για την αξιολόγηση της πιθανότητας για ένα κοκκώδες έδαφος να υποστεί καθίζηση με βάση τις μετρήσεις πεδίου από τις ελεγχόμενες τοποθεσίες. Αυτή η ιδέα μπορεί να χρησιμεύσει ως ένας πρώτος οδηγός για τον εντοπισμό τοποθεσιών με παρόμοιες εδαφικές συνθήκες. Η τάξη μεγέθους της διατμητικής σύζευξης για τις ζώνες συμπεριφοράς του εδάφους κοντά στον πάσσαλο επιβεβαιώνεται. Επαληθεύεται επίσης μια μείωση της ταχύτητας των σωματιδίων και μια αύξηση της ταχύτητας του εγκάρσιου κύματος με αυξανόμενες αποστάσεις από τον πάσσαλο.Μειωμένης κλίμακας πειράματα έμπηξης πασσάλων διεξήχθησαν στο εργαστήριο. Το ελεγχόμενο περιβάλλον ενός ομοιογενούς και σωστά χαρακτηρισμένου προφίλ εδάφους επέτρεψε τη διερεύνηση των μηχανισμών μεταφοράς ενέργειας από τον πάσσαλο στο έδαφος χωρίς τις πολυπλοκότητες που συναντώνται στο πεδίο. Το παραγόμενο πεδίο κύματος ακολουθεί το μοτίβο που βρέθηκε για μετρήσεις δοκιμών πεδίου. Η συνεισφορά από τα εγκάρσια κύματα δεν παρατηρείται από τους εγκατεστημένους αισθητήρες έως ότου η αιχμή του πασσάλου φτάσει στο βάθος τους. Αυτές οι τάσεις τεκμηριώνουν την ύπαρξη δύο κυματικών πεδίων, σφαιρικών και κυλινδρικών, που δημιουργούνται από μια γραμμική πηγή όπως ο πάσσαλος, μια συμπεριφορά που παρατηρείται επίσης στο πεδίο.Το πεδίο δόνησης που προκαλείται από την έμπηξη πασσάλων μοντελοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μια τρισδιάστατη δυναμική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων. Αποδεικνύεται ξεκάθαρα ότι ένα κυλινδρικό μέτωπο κύματος προέρχεται από την πλευρική επιφάνεια και ένα σφαιρικό μέτωπο κύματος διαδίδεται από την αιχμή του πασσάλου. Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα των υπολογισμένων κινήσεων του εδάφους σε πολύ κοντινή απόσταση από τον πάσσαλο έδειξαν καλή συμφωνία με τις καταγεγραμμένες κινήσεις του εδάφους στο εργαστήριο.Οι δονήσεις που προκαλούνται από την έμπηξη πασσάλων μπορούν να φτάσουν, ανάλογα με το μέγεθος του έργου, χιλιάδες κύκλους φόρτωσης. Η οριακή επιτρεπτή παραμόρφωση στη βιβλιογραφία για σεισμικά συμβάντα πρέπει να μειωθεί.