a. Giới thiệu:
Phương pháp thử động biến dạng lớn là phương pháp thử tải trọng động xác định sức chịu tải của cọc dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong thanh đàn hồi.
Năng lượng tạo xung phải đủ lớn để gây dịch chuyển của cọc dưới mỗi nhát búa không nhỏ hơn 3mm, đủ để huy động toàn bộ sức kháng của nền đất.
Phương pháp thử động biến dạng lớn được biết đến đầu tiên vào năm 1958 trong Luận án Thạc sỹ của Eiber dưới sự hướng dẫn của giáo sư Nara tại Viện công nghệ Case. Năm 1964, luận án này được phát triển thành một dự án quy mô do giáo sư Scanlan và giáo sư Goble dẫn dắt, với sự hỗ trợ về tài chính từ Bộ giao thông Bang Ohio, từ FHWA và nhiều công ty tư nhân khác. Từ năm 1964 đến năm 1976, dự án được tiến hành theo bốn hướng khác nhau, và tất cả các thí nghiệm đều được kiểm chứng bằng thí nghiệm nén tĩnh. Năm 1972, PDA mới bắt đầu được sử dụng vào mục đích thương mại cùng với sự ra đời của phần mềm CAPWAP.
Hình 1.5: Sơ đồ thí nghiệm PDA
Trong thí nghiệm PDA, người ta găn các đầu đo gia tốc và biến dạng ở đầu cọc. Tại mỗi nhát búa đóng cọc, gia tốc và biến dạng trong cọc được ghi lại và xử lý bằng thiết bị PDA.
Thông thường, thí nghiệm PDA đòi hỏi phải gắn tối thiểu hai đầu đo biến dạng và hai đầu đo gia tốc đối diện nhau qua tiết diện cọc và cách đầu cọc khoảng 2d-3d.
Quy trình thí nghiệm PDA: Đầu tiên người thí nghiệm sẽ sử dụng phần mềm đi theo thiết bị để lựa chọn búa đóng phù hợp. Sau đó, sử dụng búa đóng cọc để đóng cọc. Các thiết bị cảm biến biến dạng và gia tốc sẽ được ghi lại và chuyển đổi sang lực và vận tốc như sau:
( ) ( )
F t EA t 1.22
(t) (t)
V a dt 1.23
Trong đó: F(t): Lực tác động vào phân tố cọc (tại vị trí đầu đo) tại thời điểm t. V(t): Vận tốc chuyển động của phân tố cọc (vị trí đặt đầu đo) tại thời điểm t.
E: Mô đun đàn hồi của cọc A: Tiết diện cọc
ε(t): Biến dạng đo được tại thời điểm t
a(t): Gia tốc chuyển động của phân tố cọc đo được tại thời điểm t.
Hình 1.6: Kết quả đo được từ thí nghiệm PDA với cọc có sức kháng tại A và B
c. Xác định hư hỏng trong cọc
Khi tiết diện của cọc không thay đổi thì hai đồ thị F và VZ phải luôn tách dần nhau ra (trong đoạn 2L/c đầu tiên). Nếu cọc bị hư hỏng, tiết diện cọc bị thu hẹp thì khi
đó hai đồ thị F và VZ sẽ tiến gần đến nhau. Mức độ gần nhau của hai đồ thị này được gọi là β. Ta có thể đánh giá mức độ hư hỏng của cọc theo bảng 1.2 dưới đây:
Bảng 1.2: Hệ số hư hỏng của cọc theo thí nghiệm PDA
β 1,0 0,8-1,0 0,6-0,8 <0,6
Mức độ hư hỏng không nhẹ vừa gãy nặng
d. Phương pháp CASE xác định sức chịu tải của cọc
Phương pháp CASE chuẩn được Goble và cộng sự kiến nghị vào năm 1975 để dự báo sức chịu tải cực hạn của cọc như sau:
1 1 2 2 (1 ) (1 ) 2 2 u c c F ZV F ZV P J J 1.24 Trong đó: Z: Trở kháng của cọc: s EA Z V E: Mô đun đàn hồi của cọc A: Diện tích tiết diện cọc.
Vs: Vận tốc truyền sóng trong cọc
F1 và V1 là lực và vận tốc đo được tại thời điểm t1 – thời điểm mà hai sóng này đạt cực trị đầu tiên;
F2 và V2 là lực và vận tốc đo được tại thời điểm t2; t2=t1+2L/Vs
Jc: Hệ số cản động Case được lấy theo bảng 1.3 dưới đây: Bảng 1.3: Hệ số cản động Case
Đất ở mũi cọc Kiến nghị cũ (1975) Kiến nghị mới (1996)
Cát sạch 0,05-0,2 0,10-0,15
Cát lẫn bụi, bụi chứa cát 0,15-0,3 0,15-0,25
Bụi 0,20-0,45 0,25-0,40
Sét lẫn bụi 0,40-0,70 0,40-0,70
Sét 0,60-1,0 ≥ 0,70